DE102017223715A1

DE102017223715A1 - Gerotorpumpe und Verfahren zur Herstellung einer solchen

Info

Publication number: DE102017223715A1
Application number: DE102017223715.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Hinrichs; Tilo Schäfer; Bernd Denfeld
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27
Also published as: WO2019121102A1; CN111492143A; JP2021508362A; KR102354740B1; KR20200099191A; US11499548B2; JP7383634B2; US20210222692A1; CN111492143B

Abstract

Gerotor-Pumpe (10) mit einem inneren Gerotor (1) und einem äußeren Gerotor (2) und einem Elektromotor (11) in einem Pumpengehäuse (20), und der äußere Gerotor (2) einteilig mit dem Rotor (18) des Elektromotors (11) ausgebildet ist, wobei in dem äußere Gerotor (2) Magnete (4) integriert sind und der Rotor (18) an einer, an einem Gehäuse (8) oder einem Gehäuseboden (14) des Pumpengehäuses (20) einseitig festgelegten Welle (5) drehbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gerotor-Pumpe mit einem inneren Gerotor und einem äußeren Gerotor und einem Elektromotor in einem Pumpengehäuse, wobei der äußere Gerotor einteilig mit dem Rotor des Elektromotors ausgebildet ist, wobei in dem äußere Gerotor Magnete integriert sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Gerotor Pumpe.
Stand der Technik
Verdrängerpumpen und insbesondere Gerotor- Pumpen sind üblicherweise von einer Welle angetrieben, die von einem elektrischen oder mechanischem Antrieb in Rotation versetzt wird.
Diese Pumpen werden für die verschiedensten technischen Anwendungen zum Fördern eines Fluids eingesetzt. Beispielsweise dienen Kraftstoffpumpen zum Fördern von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor. Weiterhin werden Gerotor-Pumpen in hydraulischen Kreisen zur Kupplungsaktuierung verbaut oder dienen als Pumpen im Kühlkreislauf. Der Elektromotor der Pumpe umfasst einen Stator sowie einen Rotor mit Permanentmagneten.
Dabei sind 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.
Es bedarf hierfür einer sich drehenden Welle, die aufgrund ihrer langen Erstreckung möglichst auf beiden Seiten zu lagern ist. Dabei müssen die jeweiligen Lager in geeigneter Weise zu einander positioniert sein. Dies erfordert kleine Toleranzen an allen beteiligten Gehäusekomponenten, was bei einer Werkstoff- Umstellung von Metall auf Kunststoff für die Gehäusebauteile zunehmend schwieriger wird.
Beim Einsatz in einem Getriebe werden Pumpen als geschlossene Einheit verbaut, wobei der Antrieb über eine Wellen-Naben-Verbindung erfolgt.
Aus der DE102011005304A1 ist ein Laufrad mit Förderelementen bekannt, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausgeführt wird. Das Laufrad ist mit den Förderelementen und der Elektromotor innerhalb eines Gehäuses angeordnet und die Pumpe ist in den Elektromotor integriert oder umgekehrt, indem der Rotor von dem Laufrad gebildet ist, wobei der Stator wenigstens teilweise oder vollständig, von einer Dichthülle umschlossen ist. Das Laufrad dreht um einen Wellenstummel, der vom Gehäuse ausgebildet ist.
Die W02016174164 A1 zeigt eine Gerotorpumpe, angetrieben mit einem Elektromotor, der mit einem Pumpenrotor der Fluidpumpe gekoppelt ist, wobei der Elektromotor ein Axialfluss-Elektromotor ist, dessen Elektromotor-Rotor auch der Pumpenrotor ist und der Pumpenrotor und der Elektromotor-Rotor in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, in dem sich der Pumpenrotor und der Elektromotor-Rotor scheibenformartig als Kombinationsrotor integriert dreht, wobei das gemeinsame Gehäuse einen Fluidzu- und einen Fluidabfluss zu dem Kombinationsrotor aufweist.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Gerotor-Pumpe auszubilden, die einfach aufbaubar ist.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Gerotor-Pumpe mit einem inneren Gerotor und einem äußeren Gerotor und einem Elektromotor in einem Pumpengehäuse, wobei, wobei der äußere Gerotor einteilig mit dem Rotor des Elektromotors ausgebildet ist, wobei in dem äußere Gerotor Magnete integriert sind und der Rotor um eine, an einem Gehäuse oder einem Gehäuseboden des Pumpengehäuses festgelegten Welle drehbar gelagert ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Pumpe findet der Antrieb anders als üblich vom Rotor des Elektromotors direkt zum äußeren Gerotor der Pumpe statt, so dass der innere Gerotor derselben nur noch mitläuft und die Welle nur noch die Aufgabe besitzt Bauteile zu zentrieren und zu lagern. Für diesen reduzierten Aufgabenumfang der Welle genügt es jetzt diese einseitig, feststehend in eines der Gehäusebauteile einzubetten und auf der gegenüberliegenden Seite freizustellen.
Vom Wellenstumpf der Welle, der offenen Seite der Welle können die Bauteile der Pumpe zusammengefügt werden und dann mit einem Lagerring fixiert werden, welcher zum Einstellen des axialen Spalts auf einer bestimmte Höhe verpresst wird.
Die erfindungsgemäße Gerotor-Pumpe ist in einer Ausführungsform an das Gehäuse einer Baugruppe wie einer Kupplung oder eines Getriebes oder einer Antriebsmaschine angebunden, so dass das Gehäuse der Baugruppe den Gehäuseboden der Gerotor-Pumpe darstellt, der die Welle trägt.
Die Befestigung der Welle an einem metallischen Gehäuse ist einfach und mit fachmännischen Mittel möglich.
In einer alternativen Ausführung besteht der Gehäuseboden aus Kunststoff. Es bedarf einer sehr steifen und zugfesten Verbindung zwischen Welle und dem lagernden Gehäuseteil, so dass im Falle eines Kunststoff- Gehäusebodens mit Versteifungselementen wie Einlegeblechen oder ähnlichem gearbeitet werden muss.
Vorteilhafterweise besitzt das Pumpengehäuse einen glockenförmigen Gehäusedeckel, der mindestens einen Stator enthält, aber auch elektronische Bauteile, Leiterplatten und Anschlussverbindungen umfassen kann.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Stator mit Wicklungen mit Kunststoff vergossen ist und den Gehäusedeckel bildet. Damit ist der Stator geschützt und die Gerotor-Pumpe muss nicht gedichtet werden. Im Gegenteil ist so ein Betrieb in der Fluid-Umgebung der Baugruppe möglich.
Dabei ist die Pumpe so gestaltet, dass der glockenförmigen Gehäusedeckel einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Rotors und einem Luftspalt entspricht.
Je nach Ausführungsform ist der glockenförmigen Gehäusedeckel über Dichtungen an dem Gehäuse oder dem Gehäuseboden des Pumpengehäuses angepresst befestigt.
Vorteilhafterweise ist der der glockenförmigen Gehäusedeckel mit einem Bajonettverschluss befestigbar.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer Gerotor-Pumpe mit den Schritten:

• Befestigen einer Welle einseitig an einem Gehäuse oder einem Gehäuseboden eines Pumpengehäuses,
• Aufsetzen eines inneren Gerotors auf die Welle,
• Aufsetzen eines äußeren Gerotors als Rotor auf die Welle,
• Verpressen oder Verspannen des Lagerrings mit der Welle,
• Überstülpen eines glockenförmigen Gehäusedeckels,
• Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse oder dem Gehäuseboden des Pumpengehäuses.

Vorteilhafterweise ist die Welle der Pumpe feststehend eingebettet in eines der Gehäusebauteile; wobei die Bauteile der Pumpe von der offenen Seite montiert werden und der Axialspalt durch eine geregelte Pressoperation eingestellt wird. Beim Aufpressen des Axiallagers auf die Welle kann zudem das axiale Spiel eingestellt werden
Es von Vorteil, dass die Gehäusebauteile aus Kunststoff sind und mit Bajonettverbindungen verbunden werden. Axialkräfte aus dem Druckaufbau der Pumpe werden nicht über das Gehäuse geleitet; sondern über die Welle und die Wellbefestigung. Damit verringert sich die Gefahr von Fließen bei Kunststoff- Gehäuseteilen und die Anforderungen an die Dichtungen und Zusammenbauelemente werden reduziert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält der Gehäusedeckel mindestens einen Stator, der vollständig mit Kunststoff umgossen oder umspritzt wird, so dass die Pumpe auch im Medium der Baugruppe, an der sie angebracht ist, problemlos laufen kann.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausführungsform,
2 zeigt einen Schnitt entlang der Achse B-B der 1,
3 zeigt eine zweite Ausführungsform.

Eine Gerotorpumpe 10 ist in einem Pumpengehäuse 20 angeordnet, das maßgeblich aus einem Gehäusedeckel 13 und einem Gehäuseboden 14 besteht. In der Ausführungsform der 1 wird der Gehäuseboden 14 aus einem flachen Bereich eines Gehäuses 8 einer Baugruppe in einem Fahrzeug gebildet. Eine solche Baugruppe kann ein Antrieb, ein Verbrennungsmotor oder eine elektrische Maschine sein, oder ein Getriebe oder eine Kupplung usw.
Der Bereich des Gehäuses 8 der Baugruppe muss für das Anbringen der Gerotor-Pumpe vorbereitet sein, also einen kreisförmige, plane Oberfläche 8A aufweisen und eventuell Nuten für einen O-Ring 16 umfassen.
Im Gehäuse 8 sind Öffnungen 9 für den Zufluss und den Abfluss des Pumpenfluids vorgesehen. Eine Welle 5 wird mit dem Gehäuse 8 verbunden, was beispielsweise durch ein Verpressen einer Welle 5 aus Metall in das metallische Gehäuse 8 umgesetzt wird.
Nachdem das Gehäuse der Baugruppe mit der Welle 5 vorbereitet ist, werden die weiteren Bauteile der Pumpe auf der aufgefädelt. Zunächst wird ein Exzenter 3 aufgesteckt, der drehfest mit der Welle 5 des Gehäuses 8 verbunden sein muss. Auf den Exzenter 3 wird ein innerer Gerotor 1, ein Zahnrad mit einer ersten Anzahl von Zähnen 21 aufgesteckt. Die Verbindung mit dem Exzenter ist dabei kraftschlüssig. Der inneren Gerotor 1 ist in Bezug auf die Welle 5 exzentrisch aufgebaut.
Der innere Gerotor 1 ist vom äußeren Gerotor 2 mit einer zweiten Anzahl an Zähnen 21 umgeben, wobei die zweite Anzahl an Zähnen um eins größer als die erste Anzahl an Zähnen des inneren Gerotors 1 ist.
Der äußere Gerotor 2 ist dabei mit einem Rotor 18 eines Elektromotors 11 in einem Bauteil zusammengefasst, wobei die Zähne 21 des äußeren Gerotors 2 als Randstruktur entlang eines zylindrischen Umfangs ausgebildet sind. Die zylindrische Außenkontur des Rotors 18 schießt auch Magnete 4 ein, die in Blechpaketen 19 verbaut sind. Die Bauteile des Rotors 18 werden mit Kunststoff vergossen, so dass ein einteiliges Bauteil entsteht, das einfach zu montieren ist.
Das Bauteil bestehend aus äußerer Gerotor 2 gleich Rotor 18 wird ebenfalls auf die Welle 5 aufgesteckt.
Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Pumpe findet der Antrieb anders als üblich vom Rotor 18 des Elektromotors 11 direkt zum äußeren Gerotor 2 der Pumpe statt, so dass der innere Gerotor 1 nur noch mitläuft und die Welle 5 nur noch die Aufgabe besitzt Bauteile zu zentrieren und zu lagern.
Für diesen reduzierten Aufgabenumfang der Welle 5 genügt es, diese einseitig, feststehend in eines der Gehäusebauteile einzubetten und auf der gegenüberliegenden Seite den Wellenstumpf 5A freizustellen. Von dieser offenen Seite können die Bauteile der Pumpe zusammengefügt werden und dann mit einem Lagerring 25 fixiert werden, welcher zum Einstellen des axialen Spalts zwischen den Gerotoren 1, 2 und der planen Oberfläche 8A des Gehäuses auf eine bestimmte Höhe verpresst wird.
Das Pumpengehäuse 20 weist einen glockenförmigen Gehäusedeckel 13 auf, der eine zylindrische Öffnung besitzt. Das Maß der zylindrischen Öffnung im Gehäusedeckel 13 wird vom Außendurchmesser des äußeren Gerotors 2 zuzüglich eines Luftspaltes bestimmt. Innerhalb oder innerhalb der Wandung des Gehäusedeckels ist der Stator 6 des Elektromotors 11 verbaut.
Der Stator 6 mit seinen Wicklungen 7 wird ebenfalls mit Kunststoff vergossen, so dass ein Gehäusedeckel mit integrierten Statorkomponenten entsteht. In dem Prozess des Umgießens oder Umspritzens mit Kunststoff werden auch die elektrische Ansteuerung auf Leiterplatte 23, sowie Zuleitungen und Anschlüsse und ein Stecker 26 hergestellt oder angebunden.
Der glockenförmige Gehäusedeckel wird über den Rotor 18 gestülpt und sitzt auf der planen Oberfläche 8A des Gehäuses 8 bündig, aber ohne Vorspannung auf. Der Gehäusedeckel 13 muss nur noch mit dem Gehäuse 8 verbunden werden und die Gerotor-Pumpe ist vollendet.
Dadurch, dass der Stator und alle elektrischen Bauteile umgossen sind, kann die Pumpe und der Elektromotor auch im Medium der Baugruppe, an der die Gerotor-Pumpe angebunden ist, betrieben werden.
In 2 ist im Schnittbild der äußere Gerotor 2 mit seiner Kontur 22 zu sehen, in dem sich der innere Gerotor 1 mit seinen Zähnen 21 exzentrisch dreht. Der Stator 6 ist nur angedeutet zu erkennen. Der äußere Gerotor 2, der den Rotor 18 darstellt dreht sich im Magnetfeld des Stators 6.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform für eine Gerotor-Pumpe als selbständige Pumpe in einem Pumpengehäuse aus Kunststoff, das massgeblich aus einem Gehäuseboden 14 und einem Gehäusedeckel 13 besteht.
Der Aufbau der Pumpe und des Elektromotors 11 entspricht dem Aufbau nach 1, wobei auf die Darstellung der Statorbauteile verzichtet wurde.
Da die Welle 5 in dieser Ausführungsform von einem Kunststoff-Gehäuseboden getragen wird, sind Versteifungen 12 vorgesehen, die als metallische Einlagen eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Gehäuseboden und Welle 5 erlauben.
Die Verbindung des Gehäusedeckels 13 mit dem Gehäuseboden 14 erfolgt mit einer Bajonett-Verbindung 17.
Eine Membran 15 zwischen den Gehäusekomponenten dient der Spaltkompensation zwischen den Gerotoren 1 und 2 sowie des Gehäusebodens 14.
Zudem ist die Membran 15, wenn sei als metallisches Blech ausgeführt ist, eine vorteilhafte Lösung, da sie dann ein verschleißarmer Laufpartner für die Gerotoren ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Gerotorpumpe sieht die folgenden Schritte vor:

• Befestigen einer Welle 5 einseitig an einem Gehäuse 8 oder einem Gehäuseboden 14 eines Pumpengehäuses 20,
• Aufsetzen eines inneren Gerotors 1 auf die Welle 5,
• Aufsetzen eines äußeren Gerotors 2 als Rotor 18 auf die Welle 5,
• Verpressen und/der Verspannen des Lagerreingss mit der Welle,
• Überstülpen eines glockenförmigen Gehäusedeckels 13 mit Stator 6,
• Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse 8 oder dem Gehäuseboden 14 des Pumpengehäuses 20.

Gerade der letzte Schritt, das Verbinden, kann vereinfacht sein, wenn die Gehäusebauteile aus Kunststoff sind und mit Bajonettverbindungen 17 miteinander verbunden werden. Allerdings sind auch anderer Verbindungen wie Schnappverbindungen oder auch Schraubungen möglich.
Für den Zusammenbau der Pumpe ist die Lösung besonders vorteilhaft, dass der Gehäusedeckel mindestens einen Stator enthält, der vollständig mit Kunststoff umgossen oder umspritzt wird. Dadurch ist der Gehäusedeckel mit allen elektrischen Bauteilen vergossen und als ein einziges Bauteil zu montieren.
Bezugszeichenliste

1: Innerer Gerotor
2: Äußerer Gerotor
3: Exzenter
4: Magnet
5: Welle
5A: Wellenstumpf
6: Stator
7: Wicklung
8: Gehäuse Baugruppe
9: Öffnungen
10: Gerotor-Pumpe
11: Elektromotor
12: Versteifungen
13: Gehäusedeckel
14: Gehäuseboden
15: Membran
16: Dichtung
17: Bajonett-Verbindung
18: Rotor
19: Rotor-Blechpaket
20: Pumpengehäuse
21: Zahn
22: Kontur
23: Leiterplatte
24: Rotor-Aussenkontur
25: Lagerring
26: Stecker

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011005304 A1 [0008]
WO 2016174164 A1 [0009]

Claims

Gerotor-Pumpe (10) mit einem inneren Gerotor (1) und einem äußeren Gerotor (2) und einem Elektromotor (11) in einem Pumpengehäuse (20), dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Gerotor (2) einteilig mit dem Rotor (18) des Elektromotors (11) ausgebildet ist, wobei in dem äußere Gerotor (2) Magnete (4) integriert sind und der Rotor (18) an einer, an einem Gehäuse (8) oder einem Gehäuseboden (14) des Pumpengehäuses (20) einseitig festgelegten Welle (5) drehbar gelagert ist.
Gerotor-Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (18) am Wellenstumpf der Welle (5) mit einem Lagerring (25) befestigt ist.
Gerotor-Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) ein Gehäuse einer Kupplung oder eines Getriebes oder einer Antriebsmaschine ist.
Gerotor-Pumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) metallisch ist.
Gerotor-Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (14) ein Kunststoffbauteil ist und Versteifungen (12) aufweist.
Gerotor-Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (20) einen glockenförmigen Gehäusedeckel (13) aufweist, der mindestens einen Stator (6) enthält.
Gerotor-Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) mit Wicklungen (7) mit Kunststoff vergossen ist und den Gehäusedeckel (13) bildet.
Gerotor-Pumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der glockenförmigen Gehäusedeckel (13) einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Rotors (18) und einen Luftspalt entspricht.
Gerotor-Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der glockenförmigen Gehäusedeckel (13) über Dichtungen (16) an dem Gehäuse (8) oder dem Gehäuseboden (14) angepresst befestigt ist.
Gerotor-Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der glockenförmigen Gehäusedeckel (13) mit einem Bajonettverschluss befestigbar ist.
Verfahren zum Herstellen einer Gerotor-Pumpe mit den Schritten: • Befestigen einer Welle (5) einseitig an einem Gehäuse (8) oder einem Gehäuseboden (14) eines Pumpengehäuses (20), • Aufsetzen eines inneren Gerotors (1) auf die Welle (5), • Aufsetzen eines äußeren Gerotors (2) als Rotor (18) auf die Welle (5), • Verpressen oder Verspannen des Lagerrings mit der Welle, • Überstülpen eines glockenförmigen Gehäusedeckels (13), • Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse (8) oder dem Gehäuseboden (14) des Pumpengehäuses (20).
Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauteile aus Kunststoff sind und mit Bajonettverbindungen (17) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel mindestens einen Stator enthält, der vollständig mit Kunststoff umgossen oder umspritzt wird.