DE102018214805A1

DE102018214805A1 - Fördereinrichtung

Info

Publication number: DE102018214805A1
Application number: DE102018214805.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Hinrichs; Tobias Kaiser
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-03-05
Also published as: US20210270288A1; US11525458B2; CN112469904A; WO2020043248A1; CN112469904B

Abstract

Fördervorrichtung mit elektrischem Antrieb mit einem Gehäuse ( 2) mit einer Ansaugöffnung (5) und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen (6, 60), mit einem Förderelement ( 9 ), welches in dem Gehäuse ( 2 ) drehbar aufgenommen ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung ( 5 ) hin zu der jeweiligen Auslassöffnung (6, 60 ) herzustellen, wobei die Auslassöffnungen (6, 60) mindestens axial beabstandet voneinander am Gehäuse (2) angebracht sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung mit einem Gehäuse mit einer Einlassöffnung und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen, mit einem Förderelement, welches in dem Gehäuse drehbar aufgenommen ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung hin zu der jeweiligen Auslassöffnung herzustellen, wobei radial außerhalb des Förderelements innerhalb des Gehäuses angeordnetes Ringelement vorgesehen ist, mittels welchem der Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung einstellbar ist.
Stand der Technik
In Fahrzeugen gibt es unterschiedliche Fördereinrichtungen für unterschiedlichste Fluide wie Luft, Wasser, Öl oder Gemischen daraus.
Ein Beispiel sind Kühlsysteme mit Wasserpumpen, die für die Kühlung unterschiedlichste elektrische Komponenten des Fahrzeugs eingesetzt sind. Dabei handelt es sich um Hybrid- oder rein elektrische Fahrzeuge, da Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren keine elektrischen Komponenten, die gekühlt werden müssten, aufweisen. Um die Verteilung des Kühlmittels zu gewährleisten, werden Ventile verwendet.
Die Ventile benötigen jeweils einen Aktuator mit elektrischer Ansteuerung und Halterung an einem Bauteil des Fahrzeugs, was zu hohen Bauteilkosten führt.
Ein anderes Beispiel eines Fördermittels ist ein Verdichter, der Luft ansaugt und unterschiedlichen Verbrauchern zur Verfügung stellt. Dabei wird bisher der Luftstrom ebenfalls ventilgesteuert verteilt.
Aus der DE102015106639A1 ist eine Wasserpumpe bekannt, die ein Gehäuse mit einer Einlassöffnung und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen aufweist, mit einem Förderelement, welches in dem Gehäuse drehbar aufgenommen ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung hin zu der jeweiligen Auslassöffnung herzustellen. Dabei wird radial außerhalb des Förderelements innerhalb des Gehäuses ein drehbares Ringelement verstellt, so dass der Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung einstellbar ist. Dabei wird ein Ringelement verwendet, das eine Mehrzahl von spiralförmigen Fluidkanälen aufweist.
Die noch nicht veröffentlichte DE 10 2017 208 134.1 beschreibt eine Radialströmungsmaschine mit zwei Auslässen und mit einer drehbaren Volute. Die Regelung der Teilströme erfolgt durch eine Überdeckung des Volutenausgangs mit den beiden Auslässen. Durch eine rotatorische Bewegung kann der Überdeckungsgrad variiert werden. Allerdings hängt die prozentuale Aufteilung der Teilströme vom Gesamtvolumenstrom der Pumpe ab.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fördereinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und dennoch eine gute Einstellbarkeit oder Regelbarkeit von verschiedenen Fluidströmen ohne Hemmung des Durchflusses erlaubt.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Fördervorrichtung mit elektrischem Antrieb mit einem Gehäuse mit einer Ansaugöffnung und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen, mit einem Förderelement, welches in dem Gehäuse drehbar aufgenommen ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung hin zu der jeweiligen Auslassöffnung herzustellen, wobei die Auslassöffnungen mindestens axial beabstandet voneinander am Gehäuse angebracht sind.
Durch die Anordnung der Auslassöffnungen ist es möglich, den Fluidvolumenstrom nahezu unabhängig vom Gesamtvolumenstrom auf die Auslassöffnungen aufzuteilen.
Es ist von Vorteil, dass radial außerhalb des Förderelements innerhalb des Gehäuses ein drehbares Ringelement vorgesehen ist, mittels welchem der Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung einstellbar ist.
Die zusätzliche Verwendung eines drehbaren Ringelements ermöglicht eine noch feinere und bessere Einstellung des Fluidstroms.
Erfindungsgemäß weist die Fördervorrichtung oder das Ringelement eine axial angebrachte Trennebene auf, um zwei Teilfluidkanäle für die jeweiligen axial versetzt angeordneten Auslassöffnungen herzustellen.
Durch die Trennebene werden zwei unabhängige Teilströme erreicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Fördereinrichtung ein Verdichter.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Fördereinrichtung eine Flüssigkeits-pumpe.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Fluidfördereinrichtung,
2 eine Schnittdarstellung der Fördereinrichtung nach 1,
3 eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fluidfördereinrichtung,
4 und 5 zeigen jeweils einen Schnitt durch den Pumpenteil der Fördereinrichtung.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung 1. Es handelt sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Wasserpumpe, die Erfindung ist aber auch auf einen Verdichter anwendbar.
Die Fördereinrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches ein erstes Gehäuseteil 3 als Gehäusetopf und ein zweites Gehäuseteil 4 als Gehäuseunterteil zur Aufnahme eines Elektromotors aufweist. Das zweite Gehäuseteil 4 ist an das erste Gehäuseteil 3 angesetzt, so dass es abgeschlossen und abgedichtet werden kann.
Das Gehäuse 2 weist eine Ansaugöffnung 5 zum Ansaugen eines Fluids, in diesem Beispiel von Wasser, auf. Die Ansaugöffnung 5 liegt zentrisch zur Drehachse der Fördereinrichtung. Auch weist das Gehäuse 2 zwei Auslassöffnungen 6 und 60 zum Auslassen des geförderten Wassers bzw. Fluids auf. Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist eine Umfangswand 8 auf. Dabei sind die Auslassöffnungen 6 in der Umfangswand 8 beabstandet zueinander angeordnet. Die beiden Pumpenauslässe sind axial zueinander versetzt, sodass die Mittelpunkte der Auslassöffnungen 6 und 60 wie in 2 gezeigt im Abstand A voneinander axial entfernt sind. Zudem liegen die Mittelpunkte radial um einen Winkel alpha voneinander entfernt, was sehr schematisch in 1 markiert ist.
Die Ansaugöffnung 5 ist an der Oberseite des ersten Gehäuseteils angeordnet Jedem Pumpenauslass wird ein Teilstrom zugeführt, wie anhand von 3 beschrieben wird.
In dem Gehäuse 2 ist ein Pumpenrad oder Verdichterrad 9 vorgesehen, welches drehbar ausgebildet ist. Dabei ist ein elektrischer Antrieb vorgesehen, der auf eine Antriebswelle 11 einwirkt. Durch die Drehung des Pumpenrads oder Verdichterrads 9 wird ein Fluidstrom von der Ansaugöffnung 5 hin zu den Auslassöffnungen 6, 60 erzeugt.
Radial außerhalb des Pumpenrads oder Verdichterrads 9 ist innerhalb des Gehäuses 2 weiterhin ein verstellbares Ringelement 13 vorgesehen, mittels welchem der Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung 6, 60 einstellbar ist. Das Ringelement 13 weist Stege 22 auf, die sich radial vom Zentrum nach außen erstrecken und zur Versteifung dienen. Die Umfangswand 20 ist eine zylindrische Wandung mit einer Öffnung 15. Die Öffnung 15 in der Umfangswand 20 ist ein langgestreckter Bereich, der sich entlang eines radialen Winkelabschnitt erstreckt. Dieser Winkelabschnitt der Umfangswandung ist in diesem Ausführungsbeispiel aber kleiner als der Winkel alpha zwischen den Pumpenauslässen 6, 60.
Das verstellbare Ringelement 13 weist beispielsweise einen spiralförmig von radial innen nach radial außen verlaufenden Fluidkanal 14 auf, welcher radial außen in eine Öffnung 15 mündet.
Erfindungsgemäß ist der Fluidkanal 14 von einer Trennebene 30 unterteilt, die die Strömung axial in zwei Teilströme aufteilt. Diese Art der Aufteilung ist weitgehend volumenstromunabhängig. Die jeweiligen Teilströme sind jeweils nur mit einem Auslass 6, 60 verbunden.
Der Fluidkanal 14 ist dabei radial innen offen und kommunizieren mit dem Pumpenrad oder Verdichterrad 9, um den Fluidstrom des Pumpen- oder Verdichterrads 9 aufnehmen zu können. Die Stege 22 beeinträchtigen den Durchfluss durch den Fluidkanal nicht. Der radial innere Bereich des Ringelements 13 liegt radial außerhalb des Pumpenrads 9 und das Ringelement 13 nimmt das Verdichterrad 9 in einer zentralen Ausnehmung 16 auf.
Dreht sich das Ringelement 13 in dem Gehäuse 2, kann durch Überdeckung der Öffnung 15 mit einer der Auslassöffnungen 6, 60 eine Fluidkommunikation erreicht werden und es resultiert ein auslassseitiger Fluidstrom.
Alternativ zu einer alternierenden Öffnung der beiden Auslässe ist es auch möglich durch eng benachbarte Auslässe und einer Teilabdeckung der Auslässe einen Fluidstrom durch zwei Auslässe zugleich zu generieren, indem der Winkel alpha kleiner als der radiale Winkelabschnitt der Öffnung 15 ausgestaltet wird.
Ein Mechanismus zum Verdrehen des Ringelements wird in der noch nicht offengelegten Anmeldung DE 10 2017 208 134.1 im Detail erläutert.
Die internen Komponenten der Förderpumpe 1 umfassen einen Stator 24, der im zweiten Gehäuseteil 3 eingepasst ist. Der Stator 24 umgibt einen Rotor 26. Der Rotor 26 und der Stator 24 sind durch einen magnetischen Luftspalt voneinander getrennt.
Der Rotor 26 umfasst eine Antriebsachse 11 und ein Pumpenrad 9 zum Bewegen einer Flüssigkeit beim Eintreten der Flüssigkeit in die Ansaugöffnung 5. Das Pumpenrad 9 bewegt die Flüssigkeit durch den Auslass 6, 60 zu den jeweiligen Verbrauchern.
In den 4 und 5 sind Schnitte durch das erste Gehäuseteil 3. Das Ringelement 13 wird dabei axial durch die Trennebenen 30 in zwei Teil-Fluidkanäle 14a und 14b geteilt.
Das erfindungsgemäße Konzept ist sowohl in Förderpumpen mit einer Verstellung über einen Verstellring also einem Ringelement 13 als auch in solchen ohne Verstellung einsetzbar.
Für den Betrieb einer solchen Förderpumpe ohne verstellbarem Ringelement wären dann noch Ventile ausgangseitig an den Auslässen notwendig.
Bezugszeichenliste

1: Fördereinheit
2: Gehäuse
3: Erstes Gehäuseteil
4: Zweites Gehäuseteil
5: Ansaugöffnung
6, 60: Auslassöffnungen
8: Umfangswand
9: Fördermittel, Pumpen- oder Verdichterrad
11: Antriebswelle
13: Ringelement
14: Fluidkanal
14a, 14b: erster und zweiter Teil-Fluidkanal
15: Öffnung
20: Umfangswand
22: Stege
30: Trennelement
24: Stator
26: Rotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015106639 A1 [0003]
DE 102017208134 [0004, 0026]

Claims

Fördervorrichtung mit elektrischem Antrieb mit einem Gehäuse (2) mit einer Ansaugöffnung (5) und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen (6, 60), mit einem Förderelement (9), welches in dem Gehäuse (2) drehbar aufgenommen ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung ( 5 ) hin zu der jeweiligen Auslassöffnung (6, 60 ) herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (6, 60) mindestens axial beabstandet voneinander am Gehäuse (2) angebracht sind.
Fördervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb des Förderelements (9) innerhalb des Gehäuses (2) ein drehbares Ringelement (13) vorgesehen ist, mittels welchem der Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung (6, 60) einstellbar ist.
Fördervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung (1) eine axial angebrachte Trennebene (30) aufweist, um zwei Teilfluidkanäle (14a, 14b) herzustellen.
Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (6, 60) sich tangential nach außen oder koaxial zur Ansaugöffnung (5) erstrecken.
Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (6,60) an der radial außenliegenden Umfangswand (14) in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beabstandet angeordnet sind.
Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (5) konzentrisch zur Drehachse (D) der Fördereinrichtung angeordnet ist.
Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verstellbare Ringelement (13) in Umfangsrichtung verstellbar ist.
Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (1) ein Verdichter ist.
Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung eine Flüssigkeits-Pumpe ist.