DE102012206961A1 - Pump for conveying diesel or petrol into internal combustion engine of motor vehicle, has electric motor that includes rotor completely made of thermoplastic material so that permanent magnets in rotor are integrated - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe mit Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung eine Pumpe mit Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.The present invention relates to a pump with electric motor according to the preamble of claim 1, a method for manufacturing a pump with electric motor according to the preamble of
Stand der TechnikState of the art
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. Pumps with an electric motor are used for a wide variety of technical applications for pumping a fluid. For example, fuel pumps are used to deliver fuel to an internal combustion engine. The electric motor of the pump comprises a stator and a rotor with permanent magnets. In this case, the electric motor and the pump is arranged within a housing. Within the housing thus creates a space, in particular a working space in which there is the fluid to be pumped.
Die Pumpe mit Elektromotor ist dabei beispielsweise als eine Zahnradpumpe ausgebildet. Dadurch bilden die Zahnräder der Zahnradpumpe Laufräder der Pumpe mit Elektromotor. Dabei ist ein Rotor des Elektromotors von einem Zahnrad gebildet, indem die Permanentmagnete des Rotors des Elektromotors in ein Zahnrad integriert sind. Bei derartigen Zahnradpumpen werden die Zahnräder als Laufräder von dem zu fördernden Fluid, insbesondere Kraftstoff, z. B. Diesel, umspült. Dadurch sind die Permanentmagnete an dem Rotor dem Kraftstoff ausgesetzt. Derartige elektrische Zahnradpumpen in integrierter Bauform weisen häufig starke Magnete, beispielsweise aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) auf, welche jedoch bei einem Kontakt mit Kraftstoff stark oxidieren und dabei ihre magnetische Eigenschafen verändern, wodurch die Funktion der elektrischen Zahnradpumpe nicht mehr ausreichend vorhanden ist. Abweichend hiervon können zwar die Permanentmagnete nicht aus Neodym-Eisen-Bor hergestellt werden, sondern aus Eisen-Ferrit, welches dem Kontakt mit Kraftstoff standhält. Jedoch sind derartige Permanentmagnete lediglich schwach magnetisch und nicht für den Einsatz in elektrischen Zahnradpumpen geeignet. The pump with electric motor is designed for example as a gear pump. As a result, form the gears of the gear pump impellers of the pump with electric motor. In this case, a rotor of the electric motor is formed by a gear by the permanent magnets of the rotor of the electric motor are integrated in a gear. In such gear pumps, the gears are used as wheels of the fluid to be delivered, in particular fuel, for. B. diesel, lapped. As a result, the permanent magnets on the rotor are exposed to the fuel. Such electric gear pumps in integrated design often have strong magnets, such as neodymium-iron-boron (NdFeB), which, however, strongly oxidize upon contact with fuel and thereby change their magnetic properties, whereby the function of the electric gear pump is no longer sufficiently available , Notwithstanding this, although the permanent magnets can not be made of neodymium-iron-boron, but of iron ferrite, which withstands contact with fuel. However, such permanent magnets are only weakly magnetic and are not suitable for use in electric gear pumps.
Die
Aus der
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Erfindungsgemäße Pumpe mit Elektromotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Fördern eines Fluides, umfassend wenigstens ein Laufrad mit Förderelementen, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, einen an dem wenigstens einen Laufrad vorhandenen Arbeitsraum, einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor Permanentmagnete umfasst, wobei das wenigstens eine Laufrad mit den Förderelementen und der Elektromotor innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und die Pumpe in den Elektromotor integriert ist oder umgekehrt, indem der Rotor von dem Laufrad gebildet ist und die Permanentmagnete, insbesondere vollständig, von dem Material des Rotors eingebettet sind, so dass die Permanentmagnete in den Rotor integriert sind, wobei das Material des Rotors zum Einbetten der Permanentmagnete wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, Kunststoff umfasst. Die Permanentmagnete des Rotors bzw. des Laufrades sind von dem Kunststoff umschlossen bzw. eingebettet, insbesondere vollständig, so dass dadurch ein zu förderndes Fluid, z. B. Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin, nicht in Kontakt mit den Permanentmagneten gelangen kann. Dadurch können die Permanentmagnete vor einem insbesondere chemischen Zugriff des zu fördernden Fluides zuverlässig geschützt werden und beispielsweise auch starke Permanentmagnete aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) eingesetzt werden können, ohne dass dadurch beim Fördern von Kraftstoff Schäden an derartigen starken Permanentmagneten auftreten. Der Rotor kann ferner besonders preiswert und einfach hergestellt werden, da Kunststoff einen preiswerten Werkstoff darstellt. Pump according to the invention with electric motor, in particular for a motor vehicle, for conveying a fluid, comprising at least one impeller with conveying elements, of which a rotational movement is executable about a rotation axis, a working space present on the at least one impeller, an electric motor with a stator and a rotor, wherein the rotor comprises permanent magnets, wherein the at least one impeller with the conveying elements and the electric motor are arranged within the housing and the pump is integrated in the electric motor or vice versa, by the rotor is formed by the impeller and the permanent magnets, in particular completely, of the Material of the rotor are embedded, so that the permanent magnets are integrated into the rotor, wherein the material of the rotor for embedding the permanent magnets at least partially, in particular completely, comprises plastic. The permanent magnets of the rotor or the impeller are enclosed by the plastic or embedded, in particular completely, so that thereby a fluid to be delivered, for. As fuel, especially diesel or gasoline, not in contact with the permanent magnet can get. As a result, the permanent magnets can be reliably protected against a particular chemical access of the fluid to be conveyed and, for example, strong permanent magnets made of neodymium-iron-boron (NdFeB) can be used, without causing damage to such strong permanent magnets when conveying fuel. The rotor can also be made particularly inexpensive and easy, since plastic is a cheap material.
Insbesondere ist der Kunststoff thermoplastischer Kunststoff und/oder das Material des Rotors, welches in Kontakt zu den Permanentmagneten steht, umfasst wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, Kunststoff.In particular, the plastic is thermoplastic material and / or the material of the rotor, which is in contact with the permanent magnets, comprises at least partially, in particular completely, plastic.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Rotor mittels eines Kunststoffspritzgießverfahrens hergestellt. Mittels Kunststoffspritzgießen können die Permanentmagnete besonders einfach und preiswert umschlossen werden. In a further embodiment, the rotor is produced by means of a plastic injection molding process. By means of plastic injection molding, the permanent magnets can be enclosed in a particularly simple and inexpensive manner.
Dabei kann der übrige Rotor außerhalb der Permanentmagnete bzw. eines Magnetringes wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus dem Kunststoff bestehen. Dadurch kann der Rotor besonders einfach hergestellt werden, indem lediglich der Magnetring und/oder die Permanentmagnete von dem Kunststoff mittels Spritzgießen umspritzt werden.In this case, the rest of the rotor outside of the permanent magnets or a magnetic ring at least partially, in particular completely, consist of the plastic. As a result, the rotor can be produced in a particularly simple manner by merely injecting the magnetic ring and / or the permanent magnets from the plastic by means of injection molding.
In einer ergänzenden Ausführungsform bestehen die Permanentmagnete wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus NdFeB. Permanentmagnete aus Neodym-Eisen-Bor sind besonders starke Magnete und damit insbesondere für einen Einsatz in Zahnradpumpen geeignet. Aufgrund der Einbettung bzw. des Umschließens der Permanentmagnete mit Kunststoff gelangen diese nicht in Kontakt mit dem Kraftstoff, so dass dadurch in vorteilhafter Weise an den Permanentmagneten aus Neodym-Eisen-Bor kein Schaden aufgrund des Kontaktes mit dem zu fördernden Fluid eintritt. In a supplementary embodiment, the permanent magnets consist at least partially, in particular completely, of NdFeB. Permanent magnets made of neodymium-iron-boron are particularly strong magnets and thus particularly suitable for use in gear pumps. Due to the embedding or enclosing of the permanent magnets with plastic, these do not come into contact with the fuel, so that there is advantageously no damage to the permanent magnets made of neodymium-iron-boron due to the contact with the fluid to be delivered.
Vorzugsweise sind die Förderelemente Zähne eines Zahnrades und/oder die Pumpe ist eine Zahnradpumpe, insbesondere Innenzahnradpumpe und/oder die Pumpe umfasst ein Gehäuse.Preferably, the conveying elements are teeth of a gear and / or the pump is a gear pump, in particular internal gear pump and / or the pump comprises a housing.
In einer Variante sind die Permanentmagnete in dem Rotor mit Rückschlussstegen aus einem weichmagnetischen oder dauermagnetischen Werkstoff, z. B. Eisen, miteinander verbunden zu einem Magnetring und/oder die Permanentmagnete bestehen wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus NdFeB. und/oder die Pumpe ist mit Elektromotor mit einem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Verfahren hergestellt. Der Rotor besteht außerhalb der Permanentmagnete wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Kunststoff, d. h. aus einem nicht magnetischen Material. Zur Ausbildung eines entsprechenden Magnetkreises sind deshalb die Permanentmagnete mit den Rückschlussstegen magnetisch leitend miteinander verbunden. Dadurch kann sich ein ausreichender Magnetkreis an dem Rotor ausbilden.In a variant, the permanent magnets in the rotor with return bars made of a soft magnetic or permanent magnetic material, eg. As iron, connected to a magnetic ring and / or the permanent magnets consist at least partially, in particular completely, of NdFeB. and / or the pump is manufactured with an electric motor with a method described in this patent application. The rotor is outside the permanent magnets at least partially, in particular completely, made of plastic, d. H. made of a non-magnetic material. To form a corresponding magnetic circuit, therefore, the permanent magnets with the return lands are magnetically connected to each other. As a result, a sufficient magnetic circuit can form on the rotor.
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Pumpe mit Elektromotor, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Pumpe, zum Fördern eines Fluides, mit den Schritten: zur Verfügung stellen wenigstens eines Laufrades mit Förderelementen, zur Verfügung stellen eines Gehäuses, zur Verfügung stellen eines Elektromotors mit einem Stator und einem Rotor mit Permanentmagneten zum Antrieb der Pumpe, wobei der Rotor des Elektromotors als ein Laufrad mit Förderelementen zur Verfügung gestellt wird, indem die Permanentmagnete des Rotors und Laufrades, insbesondere vollständig, von dem Material des Rotors bzw. Laufrades eingebettet, insbesondere umspritzt, werden, wobei das Laufrad mit den Förderelementen und der Elektromotor innerhalb des Gehäuses angeordnet wird, Montieren des wenigstens eines Laufrades mit Förderelementen und des Elektromotors innerhalb des Gehäuses zu der Pumpe mit Elektromotor, wobei die Permanentmagnete beim Einbetten, insbesondere beim Spritzgießen, wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von Kunststoff als Material des Rotors bzw. Laufrades eingebettet, insbesondere umspritzt, werden. Die Permanentmagnete können mit Kunststoff als einem sehr preiswerten Material besonders einfach umspritzt bzw. eingebettet werden. Ferner ist nach der Einbettung, insbesondere dem Spritzgießen, keine thermische Behandlung des Rotors erforderlich, so dass dadurch nach dem Spritzgießen auch keine hieraus resultierenden Schäden an den Permanentmagneten auftreten. Beispielsweise ist kein Sintern nach dem Spritzgießen mit Kunststoff erforderlich. Method according to the invention for producing a pump with an electric motor, in particular a pump described in this patent application, for conveying a fluid, comprising the steps of: providing at least one impeller with conveying elements, providing a housing, providing an electric motor with a stator and a rotor with permanent magnets for driving the pump, wherein the rotor of the electric motor is provided as an impeller with conveying elements by the permanent magnets of the rotor and impeller, in particular completely, embedded, in particular encapsulated by the material of the rotor or impeller, wherein the impeller is arranged with the conveying elements and the electric motor within the housing, mounting the at least one impeller with conveying elements and the electric motor within the housing to the pump with electric motor, wherein the permanent magnets during embedding, in particular at m injection molding, at least partially, in particular completely, embedded by plastic as a material of the rotor or impeller, in particular encapsulated, be. The permanent magnets can be particularly easily encapsulated or embedded with plastic as a very inexpensive material. Furthermore, after the embedding, in particular the injection molding, no thermal treatment of the rotor is required, so that thereby occur after injection molding, no resulting damage to the permanent magnet. For example, no sintering after injection molding with plastic is required.
Zweckmäßig wird eine Zahnradpumpe, insbesondere Innenzahnradpumpe, hergestellt und/oder der Rotor wird von einem Zahnrad der Zahnradpumpe, insbesondere einem Innen- oder Außenzahnrad einer Innenzahnradpumpe, gebildet, so dass das Zahnrad, insbesondere Innen- oder Außenzahnrad, bei dem Spritzgießen wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von Kunststoff als Material des Zahnrades hergestellt oder umspritzt wird und/oder ein Magnetring wird mit Permanentmagneten, die mit Rückschlussstegen miteinander verbunden sind, in das Spritzgusswerkzeug vor dem Spritzgießen eingelegt. Suitably, a gear pump, in particular internal gear pump, produced and / or the rotor is formed by a gear of the gear pump, in particular an internal or external gear of an internal gear pump, so that the gear, in particular internal or external gear, in the injection molding at least partially, in particular completely, is made of plastic as a material of the gear or molded and / or a magnetic ring is inserted with permanent magnets, which are connected to each other with Rückschlussstegen in the injection mold before injection molding.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Permanentmagnete, insbesondere der Magnetring, vor dem Spritzgießen mit Ruckzugskernen innerhalb des Spritzgusswerkzeuges positioniert, anschließend werden die Permanentmagnete mit Kunststoff umspritzt und vor einem vollständigen Erhärten und/oder Erkalten des Kunststoffes werden die Rückzugskerne von dem Spritzgusswerkzeug entfernt, so dass die Permanentmagnete vollständig von dem Kunststoff umspritzt werden. Bei der Herstellung des Rotors sind zunächst die Permanentmagnete, insbesondere ein Magnetring mit Permanentmagneten, in das Spritzgusswerkzeug einzulegen. Dabei ist es erforderlich, diese Permanentmagnete, insbesondere den Magnetring, vor dem Spritzgießen und Zuführen von thermoplastischem Kunststoff in das Spritzgusswerkzeug innerhalb des Spritzgusswerks ausreichend genau zu positionieren. Dies erfolgt zunächst mit Rückschlussstegen und nach dem Spritzgießen vor einem vollständigen Erhärten und/oder Erkalten des Kunststoffes werden diese Rückzugskerne aus dem Spritzgusswerkzeug wieder entfernt, so dass dadurch die Permanentmagnete vollständig von dem Kunststoff umspritzt werden und dadurch die Permanentmagnete vollständig vor einem Kontakt mit dem zu fördernden Fluid innerhalb der Pumpe geschützt sind. Dadurch kann bei einem vollständigen Umschließen der Permanentmagnete mit Kunststoff jeglicher Kontakt des zu fördernden Fluides mit den Permanentmagneten ausgeschlossen werden. In a further embodiment, the permanent magnets, in particular the magnetic ring, prior to injection molding with pull-back cores within the injection mold positioned, then the permanent magnets are encapsulated with plastic and prior to complete hardening and / or cooling of the plastic, the retraction cores are removed from the injection mold, so that the permanent magnets are completely encapsulated by the plastic. In the production of the rotor, the permanent magnets, in particular a magnetic ring with permanent magnets, are first to be inserted into the injection molding tool. It is necessary to position these permanent magnets, in particular the magnetic ring, before the injection molding and feeding of thermoplastic material in the injection mold within the injection molding sufficiently accurate. This is done first with Rückschlussstegen and after injection molding before complete hardening and / or cooling of the plastic these retraction cores are removed from the injection mold again, so that the permanent magnets are completely encapsulated by the plastic and thereby the permanent magnets completely against contact with the promoting fluid within the pump are protected. As a result, any contact of the fluid to be conveyed with the permanent magnets can be excluded when the permanent magnets are completely surrounded by plastic.
Zweckmäßig umfasst der Stator einen weichmagnetischen Kern, insbesondere ein Blechpaket, Wicklungen als Elektromagnete und vorzugsweise elektrische Kontaktelemente.Suitably, the stator comprises a soft magnetic core, in particular a laminated core, windings as electromagnets and preferably electrical contact elements.
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 ausgebildet ist.Inventive high-pressure injection system for an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle, comprising a high pressure pump, a high pressure rail, an electric feed pump for conveying a fuel from a fuel tank to the high pressure pump, wherein the electric feed pump is designed as a pump described in this patent application.
In einer weiteren Variante umfasst die Pumpe mit Elektromotor eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für das Fluid, die in den Arbeitsraum münden.In a further variant, the pump with electric motor comprises an inlet opening and an outlet opening for the fluid, which open into the working space.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Pumpe eine Außenzahnradpumpe oder eine Kreiselpumpe oder eine Flügelzellenpumpe.In a further embodiment, the pump is an external gear pump or a centrifugal pump or a vane cell pump.
Zweckmäßig umfasst die Pumpe mit, vorzugsweise integriertem, Elektromotor eine, vorzugsweise elektronische, Steuerungseinheit zur Steuerung der Bestromung der Elektromagnete.Suitably, the pump with, preferably integrated, electric motor comprises a, preferably electronic, control unit for controlling the energization of the electromagnets.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist die Pumpe eine Strömungsmaschine. 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.In an additional embodiment, the pump is a turbomachine. Suitably consists of the housing of the prefeed pump and / or the housing of the high-pressure pump and / or the inner and / or outer gear at least partially, in particular completely, made of metal, for. As steel or aluminum.
Insbesondere ist die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe steuerbar und/oder regelbar.In particular, the delivery rate of the electrical feed pump can be controlled and / or regulated.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Die elektrische Vorförderpumpe
Die elektrische Vorförderpumpe
Der Gehäusedeckel
Der Rotor
In
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Pumpe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102006007544 A1 [0005] DE 102006007544 A1 [0005]
- DE 102011082577 A1 [0006] DE 102011082577 A1 [0006]
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