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Die Erfindung betrifft eine Fluidpumpe mit einem drehbaren innenliegenden Rotor und mit einem drehfesten außenliegenden Stator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Fluidpumpe ist beispielweise in
WO 2018 162 282 A1 beschrieben. Diese umfasst einen drehbaren innenliegenden Rotor und einen drehfesten außenliegenden Stator. Der Rotor weist dabei ein topfförmiges Rotorgehäuse auf, in dem eine Ankereinheit des Rotors nach außen fluiddicht aufgenommen ist. An dem Rotorgehäuse ist zudem ein Laufrad mit mehreren Schaufeln angeordnet, die zwischen einer Tragscheibe und einer Deckscheibe axial ausgebildet sind. Das Laufrad kann dabei durch Kunststoffspritzen hergestellt sein. Nachteiligerweise ist die Geometrie sowie die Materialwahl des Laufrads durch den Herstellungsprozess eingeschränkt. Dadurch ist auch eine Optimierung des Pumpverhaltens der Fluidpumpe nicht ohne weiteres möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Fluidpumpe der gattungsgemä-ßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine gattungsgemäße Fluidpumpe weist einen um eine Drehachse drehbaren innenliegenden Rotor und einen drehfesten außenliegenden Stator auf. Die Fluidpumpe weist ein Laufrad mit mehreren Schaufeln auf, die axial zwischen einer Tragscheibe und einer Deckscheibe angeordnet sind. Der Rotor weist ein Rotorgehäuse mit einem Boden, einer Aufnahmehülse und einem Deckel auf, in dem eine Ankereinheit des Rotors nach außen fluiddicht aufgenommen ist. Die Tragscheibe des Laufrads bildet dabei den Deckel des Rotorgehäuses und verschließt axial die Aufnahmehülse. Erfindungsgemäß weist das Laufrad ein erstes Teil und ein zweites Teil auf, die aneinander stoffschlüssig festgelegt sind. Die Schaufeln sind ferner ausschließlich an dem ersten Teil oder an dem zweiten Teil integral ausgeformt. Dabei stehen die Schaufeln von diesem Teil einseitig ab und sind durch das jeweils andere Teil axial abgedeckt. Die Begriffe „axial“ und „radial“ beziehen sich hier und im Folgenden auf die Drehachse, um die der Rotor der Fluidpumpe drehbar ist.
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Das Laufrad ist in der erfindungsgemäßen Fluidpumpe zweiteilig ausgebildet und kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Laufrad eine komplexere Geometrie aufweisen. Mit anderen Worten sind beim Auslegen des Laufrads in der erfindungsgemäßen Fluidpumpe mehr Freiheitsgrade vorhanden. Ferner können das erste Teil und das zweite Teil des Laufrads aus unterschiedlichen Materialien geformt sein, so dass auch die Materialwahl erweitert und die Herstellungskosten reduziert werden können. Insbesondere lassen sich die Einzelteile des Laufrads jeweils als Spritzformteile herstellen, da sich jedes Einzelteil leicht entformbar realisieren lässt. Dabei kann das zusammengefügte Laufrad eine komplexe Geometrie besitzen, so dass das Laufrad an sich nur schwer oder gar nicht entformbar ist und dementsprechend nur aufwändig oder gar nicht durch Spritzformen hergestellt werden kann. Vorteilhafterweise kann es sich bei der Fluidpumpe um eine elektrische Flüssigkeitspumpe handeln.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fluidpumpe ist vorgesehen, dass das erste Teil durch die Tragscheibe gebildet ist. Das zweite Teil ist dann durch die Deckscheibe und die an der Deckscheibe integral ausgebildeten Schaufeln und ein an den Schaufeln integral ausgebildetes Mittelteil des Laufrads gebildet. Die Schaufeln und das Mittelteil sind dabei an der Tragscheibe und dadurch das zweite Teil an dem ersten Teil stoffschlüssig festgelegt. Die Schaufeln sind somit zwischen dem Mittelteil und der Deckscheibe angeordnet und verbinden diese integral miteinander. Das Mittelteil ist kreisförmig und um die Drehachse des Rotors angeordnet, so dass die scheibenförmige Deckscheibe das Mittelteil axial beabstandet umläuft. Das Mittelteil liegt dabei von den Schaufeln abgewandt an der Tragscheibe axial an und kann sowohl die Schaufeln bei der Montage abstützen als auch ein sicheres Festlegen des zweiten Teils an dem ersten Teil ermöglichen. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Fluidpumpe ist vorgesehen, dass das erste Teil durch die Tragscheibe und ein an der Tragscheibe integral ausgebildetes Mittelteil des Laufrads und die an der Tragscheibe und an dem Mittelteil integral ausgebildeten Schaufeln gebildet ist. Das zweite Teil ist dann durch die Deckscheibe gebildet. Die Schaufeln sind dabei an der Deckscheibe und dadurch das erste Teil an dem zweiten Teil stoffschlüssig festgelegt. Das Mittelteil liegt dabei axial an der Tragscheibe an und geht radial nach außen integral in die Tragscheibe über, so dass die Schaufeln von der Tragscheibe und von dem Mittelteil einseitig zu der Deckscheibe abstehen. Dadurch sind die Schaufeln an dem ersten Teil einseitig offengelegt und die Tragscheibe und das Mittelteil sind indirekt über die Schaufeln an der Deckscheibe festgelegt. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das erste Teil und das zweite Teil des Laufrads durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen aneinander stoffschlüssig festgelegt sind.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fluidpumpe ist vorgesehen, dass die Aufnahmehülse des Rotorgehäuses an der Tragscheibe integral ausgebildet ist und der Boden die Aufnahmehülse axial verschließt. Der Boden ist dabei zweckgemäß vor dem Verschließen der Aufnahmehülse von dieser gelöst und kann nach der Aufnahme der Ankereinheit in der Aufnahmehülse an dieser festgelegt sein. Insbesondere kann der Boden an der Aufnahmehülse durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen stoffschlüssig festgelegt sein. Mit anderen Worten ist das Rotorgehäuse durch einen einteiligen bzw. einstückigen Topf und den an diesem festgelegten Boden geformt. Der einteilige bzw. einstückige Topf ist dabei durch die Aufnahmehülse und die Tragscheibe gebildet. Die Schaufeln des Laufrades können dabei an der Tragscheibe und dadurch an dem einteiligen bzw. einstückigen Topf integral ausgeformt sein. Der einteilige bzw. einstückigen Topf mit den an diesen integral ausgebildeten Schaufeln stellt dann das einzige komplexe Bauteil dar und der Boden und die Deckscheibe können relativ einfach ausgestaltet und hergestellt sein. Dadurch kann die Prozesssicherheit beim stoffschlüssigen Festlegen der Deckscheibe an den Schaufeln des Laufrades und des Bodens an der Aufnahmehülse erhöht werden. Alternativ können die Schaufeln auch an der Deckscheibe integral ausgebildet sein und die Geometrie des einteiligen bzw. einstückigen Topfs dadurch vereinfacht sein.
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Bei einer alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Fluidpumpe ist vorgesehen, dass die Aufnahmehülse und der Boden des Rotorgehäuses integral aneinander ausgebildet sind und die Tragscheibe die Aufnahmehülse axial verschließt. Die Tragscheibe ist dabei zweckgemäß vor dem Verschließen der Aufnahmehülse von dieser gelöst und kann nach der Aufnahme der Ankereinheit in der Aufnahmehülse an dieser festgelegt sein. Insbesondere kann die Tragscheibe an der Aufnahmehülse durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen stoffschlüssig festgelegt sein. Mit anderen Wirten ist das Rotorgehäuse durch einen einteiligen bzw. einstückigen Topf und die an diesem festgelegte Tragscheibe geformt. Der einteilige bzw. einstückige Topf ist dabei durch die Aufnahmehülse und den Boden gebildet. Die Schaufeln des Laufrades können dabei an der Tragscheibe oder an der Deckscheibe integral ausgeformt sein.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass in einem die Drehachse umlaufenden Mittelteil des Laufrads ein Lager angeordnet ist, in dem eine Achse der Fluidpumpe gelagert ist. Das Lager kann dabei in dem Mittelteil des Laufrads durch eine Formschlusseinheit formschlüssig und drehfest festgelegt sein. Das Mittelteil kann dabei wie oben beschrieben ausgestaltet sein und ein integraler Bestandteil des ersten Teils des Laufrads oder des zweiten Teils des Laufrads sein. Die Schaufeln sind dabei einseitig bereichsweise an dem Mittelteil und an der Tragscheibe und andersseitig an der Deckscheibe festgelegt. Das Mittelteil umläuft die Drehachse des Rotors und ist kreisrund. Zusätzlich oder alternativ können das Lager und das Mittelteil, beispielweise durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen, aneinander stoffschlüssig und drehfest festgelegt sein. Denkbar ist auch, dass das Lager umspritzt ist und dadurch das Mittelteil um das Lager geformt ist. Beim Umspritzen des Lagers ist dann auch das Lager in dem Mittelteil stoffschlüssig und drehfest festgelegt. Alternativ kann das Mittelteil aus einem Gleitlagerwerkstoff geformt sein und das Lager integral in dem Mittelteil bzw. einstückig mit diesem ausgebildet sein. Da die Tragscheibe und/oder die Deckscheibe und somit das Mittelteil aus unterschiedlichen Materialien herstellbar sind, entstehen dadurch keine wesentlichen Mehrkosten.
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Vorteilhafterweise kann an dem Laufrad von dem Rotor abgewandt stirnseitig wenigstens eine Montageausnehmung ausgebildet sein, die zur Drehachse des Rotors parallel und beabstandet angeordnet ist. Die jeweilige Montageausnehmung kann in der Tragscheibe oder in der Deckscheibe oder in dem Lager oder in dem Mittelteil eingebracht sein. Die jeweilige Montageausnehmung ist zweckgemäß von dem Rotor abgewandt von außen zugänglich, so dass in diese ein Werkzeug eingreifen kann. Dies kann beispielsweise bei der Montage der Fluidpumpe und insbesondere beim Reibverschweißen der Tragscheibe mit der Aufnahmehülse oder des Bodens mit der Aufnahmehülse oder des ersten Teils mit dem zweiten Teil oder des Lagers mit dem Mittelteil - hier ist dann zweckgemäß keine drehverhindernde Formschlusseinheit vorgesehen - erfolgen. Vorteilhafterweise können auch mehrere Montageausnehmungen vorgesehen sein, die umlaufend und beabstandet zur Drehachse des Rotors in dem Laufrad angeordnet sind. Vorteilhafterweise können die jeweiligen Montageausnehmungen dann in der Tragscheibe und/oder in der Deckscheibe und/oder in dem Lager und/oder in dem Mittelteil geformt sein. Insbesondere können die jeweiligen mehreren Montageausnehmungen an dem jeweiligen Bestandteil des Laufrads in einem gleichen Abstand zueinander und die Drehachse umlaufend angeordnet sein, um bei der Montage und insbesondere beim Reibschweißen eine gleichmäßige Übertragung des Drehmoments von dem Werkzeug auf den jeweiligen Bestandteil des Laufrads zu ermöglichen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fluidpumpe in einer ersten Ausführungsform;
- 2 und 3 Ansichten eines Rotors und eines Laufrads der erfindungsgemäßen Fluidpumpe in der ersten Ausführungsform;
- 4 eine Schnittansicht des Rotors und des Laufrads der erfindungsgemäßen Fluidpumpe in der ersten Ausführungsform;
- 5 und 6 Explosionsansichten des Rotors und des Laufrads der erfindungsgemäßen Fluidpumpe in der ersten Ausführungsform;
- 7 eine Schnittansicht des Rotors und des Laufrads der erfindungsgemäßen Fluidpumpe in einer zweiten Ausführungsform;
- 8 und 9 Explosionsansichten des Rotors und des Laufrads der erfindungsgemäßen Fluidpumpe in der zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Fluidpumpe 1 in einer ersten Ausführungsform. Die Fluidpumpe 1 weist dabei einen drehbaren Rotor 2 und einen drehfesten Stator 3 auf. Der Rotor 2 ist dabei innerhalb des Stators 3 in diesem um eine Drehachse R drehbar angeordnet. Ferner weist die Fluidpumpe 1 ein Laufrad 4 auf, das drehfest an dem Rotor 2 festgelegt ist. Eine vergrößerte Schnittansicht des Rotors 2 und des Laufrads 4 ist in 4 gezeigt. Das Laufrad 4 weist mehrere Schaufeln 5 auf, die axial zwischen einer Tragscheibe 6 sowie einem Mittelteil 24 des Laufrads 4 und einer Deckscheibe 7 angeordnet sind. Der Rotor 2 weist ein Rotorgehäuse 8 auf, das einen Boden 9, eine Aufnahmehülse 10 und einen Deckel 11 umfasst. Der Boden 9 und der Deckel 11 verschließen die Aufnahmehülse 10 axial fluiddicht. Der Deckel 11 des Rotorgehäuses 8 ist dabei durch die Tragscheibe 6 des Laufrads 4 gebildet, wodurch das Laufrad 4 an dem Rotor 2 drehfest und mit diesem in dem Stator 3 drehbar festgelegt ist. In dem Rotorgehäuse 8 ist eine Ankereinheit 12 des Rotors 2 nach außen fluiddicht aufgenommen, die mit dem Stator 3 elektromechanisch zusammenwirkt. Die Fluidpumpe 1 weist ferner eine Achse 13 auf, die durch ein Lager 14 und ein Zweitlager 15 in einem Pumpengehäuse 16 gelagert ist. Das Lager 14 ist dabei in dem Mittelteil 24 des Laufrads 4 und das Zweitlager 15 ist an dem Boden 9 des Rotorgehäuses 8 drehfest festgelegt. Die Achse 13 ist in dem Pumpengehäuse 16 drehfest festgelegt. Dazu ist die Achse 13 in einem Spalttopf 21 im Bereich einer Rändelung bzw. einer Verzahnung 22 umspritzt und der Spalttopf 21 und somit die Achse 13 sind dann in dem Pumpengehäuse 16 drehfest gelagert. Der Rotor 2 und das Laufrad 4 sind dann zweckgemäß um die Achse 13 drehbar gelagert.
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Das Laufrad 4 ist erfindungsgemäß zweiteilig ausgebildet und weist ein erstes Teil 17 und ein zweites Teil 18 auf, die aneinander stoffschlüssig festgelegt sind. In der ersten Ausführungsform der Fluidpumpe 1 sind das erste Teil 17 durch die Tragscheibe 6 und das zweite Teil 18 durch die Deckscheibe 7, die an dieser integral ausgeformten Schaufeln 5 und das an den Schaufeln 5 integral ausgebildete Mittelteil 24 gebildet. Die Schaufeln 5 und das Mittelteil 24 sind an der Tragscheibe 6 und dadurch ist das zweite Teil 18 an dem ersten Teil 17 des Laufrads 4 beispielweise durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen stoffschlüssig festgelegt. In der ersten Ausführungsform sind zudem der Boden 9 und die Aufnahmehülse 10 des Rotorgehäuses 8 integral aneinander ausgebildet und die Tragscheibe 6 verschließt axial die Aufnahmehülse 10. Die Tragscheibe 6 kann nach der Aufnahme der Ankereinheit 12 in die Aufnahmehülse 10 an dieser durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen stoffschlüssig festgelegt sein.
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2 und 3 zeigen Ansichten des Rotors 2 und des Laufrads 4 der Fluidpumpe 1 in der ersten Ausführungsform. In dem Mittelteil 24 des Laufrads 4 ist das Lager 14 durch eine Formschlusseinheit 19 mit mehreren radial ausgerichteten Vorsprüngen 20 formschlüssig und drehfest festgelegt. Zusätzlich können das Lager 14 und das Mittelteil 24 des Laufrads 4 durch Ultraschalschweißen aneinander stoffschlüssig festgelegt sein. Alternativ kann das Mittelteil 24 um das Lager 14 auch umspritzt sein. Ferner sind an dem Mittelteil 24 und dadurch an dem Laufrad 4 stirnseitig mehrere Montageausnehmungen 23 ausgebildet, die zur Drehachse R parallel ausgerichtet sind. Die Montageausnehmungen 23 umlaufen dabei beabstandet die Drehachse R und sind zum Eingreifen eines Werkzeugs vorgesehen. Dies kann beispielsweise bei der Montage der Fluidpumpe 1 und insbesondere beim Reibverschweißen erfolgen.
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5 und 6 zeigen Explosionsansichten des Rotors 2 und des Laufrads 4 der Fluidpumpe 1 in der ersten Ausführungsform von unterschiedlichen Seiten. Wie oben bereits erläutert, sind der Boden 9 und die Aufnahmehülse 10 des Rotorgehäuses 8 einstückig ausgebildet. Die Tragscheibe 6 verschließt dann die Aufnahmehülse 10 nach der Aufnahme der Ankereinheit 12 und kann an der Aufnahmehülse 10 beispielweise durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen stoffschlüssig festgelegt sein.
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7 zeigt eine Schnittansicht des Rotors 2 und des Laufrads 4 der erfindungsgemäßen Fluidpumpe 1 in einer zweiten Ausführungsform. 8 und 9 zeigen Explosionsansichten des Rotors 2 und des Laufrads 4 der Fluidpumpe 1 in der zweiten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform der Fluidpumpe 1 ist das erste Teil 17 des Laufrads 4 durch die Tragscheibe 6 und die an dieser integral ausgebildeten Schaufeln 5 gebildet. Das zweite Teil 18 ist dann durch die Deckscheibe 7 gebildet. Die Schaufeln 5 sind an der Deckscheibe 7 und dadurch das erste Teil 17 an dem zweiten Teil 18 des Laufrads 4 beispielweise durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen stoffschlüssig festgelegt.
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Ferner ist die Tragscheibe 6 in der Fluidpumpe 1 in der zweiten Ausführungsform einstückig mit der Aufnahmehülse 10 ausgebildet. Der Boden 9 verschließt dann axial die Aufnahmehülse 10 nach der Aufnahme der Ankereinheit und kann an der Aufnahmehülse 10 beispielweise durch Ultraschalschweißen oder durch Reibschweißen stoffschlüssig festgelegt sein. Bei der zweiten Ausführungsform der Fluidpumpe stellt die Aufnahmehülse 10 mit dem ersten Teil 17 des Laufrades 4 das einzige komplexe Bauteil dar. Das zweite Teil 18 des Laufrads 4 und der Boden 9 des Rotorgehäuses 8 sind dagegen vergleichsweise einfach ausgestaltet. Dadurch kann die Prozesssicherheit beim stoffschlüssigen Festlegen der Deckscheibe 7 an den Schaufeln 5 des Laufrades 4 und des Bodens 9 an der Aufnahmehülse 10 erhöht werden. Im Übrigen entspricht der Aufbau der Fluidpumpe 1 in der zweiten Ausführungsform dem Aufbau der Fluidpumpe 1 in der ersten Ausführungsform.
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Zusammenfassend ist das Laufrad 4 der erfindungsgemäßen Fluidpumpe 1 zweiteilig ausgebildet, so dass in dem Laufrad 4 komplexe Geometrien realisierbar sind. Ferner können das erste Teil 17 und das zweite Teil 18 des Laufrads 4 aus unterschiedlichen Materialien geformt sein, so dass auch die Materialwahl erweitert und die Herstellungskosten reduziert werden können. Es versteht sich, dass auch weitere hier nicht explizit beschriebene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fluidpumpe 1 denkbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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