DE112015006483B4 - Electric evaporation pump for motor vehicles - Google Patents
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Abstract
Elektrische Evaporations-Pumpe (10) für Kraftfahrzeuge, mit einem Gasansaug-Port (50) und einem Gasausstoß-Port (52), wobei die Pumpe aufweist:einen eingekapselten Elektromotor (30) mit einen Motor-Stator (32), der elektromagnetische Statorspulen (33) aufweist, und mit einer Rotorvorrichtung (16), die ein Pumpenrad (18) mit Pumpenradflügeln (19), eine drehbare Rotorwelle (20) und einen Motorrotor (34) enthält,eine Trennkapselungsvorrichtung (82), die den in einem gasfreien Abschnitt angeordneten Motorstator (32) von dem in einem Gasabschnitt angeordneten Motorrotor (34) fluidisch trennt, undeine Lagervorrichtung (36), die in dem Gasabschnitt axial zwischen dem Motorrotor (34) und dem Pumpenrad (18) angeordnet ist und den Motorrotor (34) drehbar lagert, wobeidie Trennkapselungsvorrichtung (82) einen Kapselungskörper (60) mit einem Zylinderabschnitt (84) aufweist, wobei der Zylinderabschnitt (84) die Lagervorrichtung (36) direkt trägt, undder Kapselungskörper (60) eine Elektronikkammer (83), die eine elektronische Motorsteuerung (40) aufweist, von dem Gasabschnitt trennt, undwobei der Kapselungskörper (60) ein Blech-Kapselungskörper ist.An automotive electric evaporation pump (10) having a gas suction port (50) and a gas discharge port (52), the pump comprising:an encapsulated electric motor (30) with a motor stator (32) comprising electromagnetic stator coils (33), and with a rotor device (16), which contains an impeller (18) with impeller blades (19), a rotatable rotor shaft (20) and a motor rotor (34), a separation encapsulation device (82) which in a gas-free Section arranged motor stator (32) fluidly separates from the motor rotor (34) arranged in a gas section, and a bearing device (36) which is arranged axially in the gas section between the motor rotor (34) and the pump wheel (18) and the motor rotor (34) rotatably mounted, wherein the separation encapsulation device (82) has an encapsulation body (60) with a cylinder section (84), the cylinder section (84) directly carrying the bearing device (36), and the encapsulation body (60) has an electronics chamber (83) which has an electronic motor control (40), separates from the gas section, and wherein the encapsulation body (60) is a sheet metal encapsulation body.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Evaporations-Pumpe für Kraftfahrzeuge, die einen Gaseinlass-Port und einen Gasauslass-Port aufweist.The invention relates to an electric evaporation pump for motor vehicles, which has a gas inlet port and a gas outlet port.
Aus
Elektrische Evaporations-Pumpen werden in Kraftfahrzeugen, die einen Kraftstofftank aufweisen, verwendet, um Kraftstoffdampf aus einer Kraftstoffdampfquelle zu einem Kraftstoffdampfziel zu pumpen. Bei der Kraftstoffdampfquelle kann es sich um den Kraftstofftank selbst oder um eine Dampfabsorptionseinheit handeln, die z.B. mit Aktivkohle als Absorptionsmedium gefüllt ist. Da die Absorptionseinheit eine begrenzte Gesamtabsorptionskapazität hat, muss das von dem Absorbens absorbierte Kraftstoffdampfgas von Zeit zu Zeit abgeleitet werden. Der Ableitungsvorgang wird von der elektrischen Evaporations-Pumpe vorgenommen, die unter Flüssigkeitsverbindung zwischen der Dampfabsorptionseinheit und dem Kraftstoffdampfziel angeordnet ist, welche z.B. die Gaseinlass-Sammelleitung eines Verbrennungsmotors sein kann. Alternativ wird die Evaporations-Pumpe zum Entgasen der Zylinderabdeckung oder des Kurbelgehäuses des Motors verwendet.Electric evaporation pumps are used in motor vehicles having a fuel tank to pump fuel vapor from a fuel vapor source to a fuel vapor destination. The fuel vapor source can be the fuel tank itself or a vapor absorption unit that is filled, for example, with activated carbon as an absorption medium. Since the absorption unit has a limited total absorption capacity, the fuel vapor gas absorbed by the absorbent must be discharged from time to time. The extraction process is performed by the electric evaporation pump, which is arranged in fluid communication between the vapor absorption unit and the fuel vapor target, which may be, for example, the gas inlet manifold of an internal combustion engine. Alternatively, the evaporation pump is used to degas the cylinder cover or crankcase of the engine.
Bei Gaspumpen ist die typische axiale Anordnung der Pumpenbauteile Elektromotor, Pumpenrad und Motorelektronik derart ausgelegt, dass der Elektromotor axial in der Mitte angeordnet ist und die Elektronikkammer, welche die Motorsteuerelektronik aufweist, an einem axialen Ende und das Pumpenrad an dem anderen axialen Ende angeordnet ist.In gas pumps, the typical axial arrangement of the pump components electric motor, pump wheel and motor electronics is designed such that the electric motor is arranged axially in the middle and the electronics chamber, which has the motor control electronics, is arranged at one axial end and the pump wheel is arranged at the other axial end.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Evaporations-Pumpe für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die eine kompakte Ausgestaltung hat und leicht montierbar ist.It is the object of the invention to create an electric evaporation pump for motor vehicles that has a compact design and is easy to assemble.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Evaporations-Pumpe für Kraftfahrzeuge mit den in Anspruch 1 definierten Merkmalen gelöst.This task is achieved by an electric evaporation pump for motor vehicles with the features defined in claim 1.
Die elektrische Evaporations-Pumpe gemäß der Erfindung ist mit einem Gasansaug-Port und mit einem Gasausstoß-Port versehen. Der Gasansaug-Port kann fluidisch mit einer Kraftstoffdampfquelle verbunden sein, z.B. mit einem Kraftstofftank oder mit einer Kraftstoffdampf-Absorptionseinheit. Der Gasausstoß-Port kann fluidisch mit einem Kraftstoffdampfziel wie z.B. einer Kondensationseinheit oder mit einem Gaseinlass-Sammelrohr eines Verbrennungsmotors verbunden sein.The electric evaporation pump according to the invention is provided with a gas suction port and a gas discharge port. The gas intake port may be fluidly connected to a fuel vapor source, such as a fuel tank or a fuel vapor absorption unit. The gas exhaust port may be fluidly connected to a fuel vapor target such as a condenser unit or to a gas inlet manifold of an internal combustion engine.
Die Evaporations-Pumpe weist einen eingekapselten Elektromotor auf, der einen Motor-Stator mit mindestens zwei elektromagnetischen Statorspulen und eine Rotorvorrichtung aufweist, die ein Pumpenrad mit Pumpenradflügeln, eine drehbare Rotorwelle und einen Motorrotor enthält. Der Motorrotor ist vorzugsweise als dauermagnetisierter Rotorkörper ausgebildet. Die Evaporations-Pumpe ist mit einer Trennkapselungsvorrichtung versehen, die den in einem gasfreien Abschnitt vorgesehenen Motorstator von dem in einem Gasabschnitt vorgesehenen Motorrotor trennt. In dem Gasabschnitt ist das gepumpte Gas vorhanden. Der gasfreie Abschnitt ist mittels der Trennkapselungsvorrichtung fluidisch von dem Gasabschnitt getrennt, so dass in dem gasfreien Abschnitt kein gepumptes Gas vorhanden ist. Der gasfreie Abschnitt kann mit Luft gefüllt sein, ist jedoch fluidisch von dem Gasabschnitt isoliert, in dem sich das gepumpte Gas befindet.The evaporation pump includes an encapsulated electric motor that includes a motor stator with at least two electromagnetic stator coils and a rotor device that includes an impeller with impeller vanes, a rotatable rotor shaft, and a motor rotor. The motor rotor is preferably designed as a permanently magnetized rotor body. The evaporation pump is provided with a separation encapsulation device which separates the motor stator provided in a gas-free section from the motor rotor provided in a gas section. The pumped gas is present in the gas section. The gas-free section is fluidically separated from the gas section by means of the separation encapsulation device, so that no pumped gas is present in the gas-free section. The gas-free section can be filled with air, but is fluidly isolated from the gas section in which the pumped gas is located.
Die Gaspumpe ist mit einer Lagervorrichtung versehen, die in dem Gasabschnitt angeordnet ist und die den Motorrotor drehbar lagert. Die Lagervorrichtung kann ein Rollenlager, ein Reiblager oder eine Kombination beider Lager-Typen sein. Vorzugsweise ist die Lagervorrichtung mit Rollenlagern versehen, und zwar aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeit und den bei Reiblagern fehlenden Möglichkeiten der Lagerschmierung.The gas pump is provided with a bearing device which is arranged in the gas section and which rotatably supports the motor rotor. The bearing device can be a roller bearing, a friction bearing or a combination of both bearing types. The bearing device is preferably provided with roller bearings, due to the high rotational speed and the lack of bearing lubrication options with friction bearings.
Die Trennkapselungsvorrichtung kann einen Kapselungskörper mit einem Zylinderabschnitt aufweisen. Der Zylinderabschnitt des Kapselungskörpers lagert unmittelbar die Lagervorrichtung. Der Kapselungskörper trennt ferner eine Steuerelektronikkammer, die eine Elektromotorsteuerung aufweist, von dem Gasabschnitt. Anders ausgedrückt hat die Trennkapselung zwei Funktionen, nämlich die unmittelbare Halterung der Lagervorrichtung und die fluidische Isolierung der Elektronikkammer von dem Gasabschnitt der Pumpe. Der Kapselungskörper ist ein Blech-Kapselungskörper.The separation encapsulation device can have an encapsulation body with a cylindrical section. The cylinder section of the encapsulation body directly supports the storage device. The encapsulation body further separates a control electronics chamber, which has an electric motor control, from the gas section. In other words, the separation encapsulation has two functions, namely the direct holding of the bearing device and the fluidic isolation of the electronics chamber from the gas section of the pump. The encapsulation body is a sheet metal encapsulation body.
Die Lagervorrichtung, welche die Rotorvorrichtung enthält, kann an dem Zylinderabschnitt des Kapselungskörpers vormontiert werden, und anschließend kann der Kapselungskörper mit dem Motorstator zusammenmontiert werden, so dass die Pumpe als einfache Baugruppe realisiert wird.The bearing device, which contains the rotor device, can be pre-assembled on the cylinder section of the encapsulation body, and then the encapsulation body can be assembled together with the motor stator, so that the pump is realized as a simple assembly.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektronikkammer axial zwischen dem Motorstator und dem Pumpenrad angeordnet. Da die Evaporations-Pumpe nur Gas pumpt, das eine relativ niedrige Wärmekapazität hat, ist die Kühlung der Motorsteuerelektronik etwas problematisch. Durch Anordnen der Elektronikkammer einschließlich der Motorsteuerelektronik nahe dem Pumpenradabschnitt kann die Kühlung der Elektronikkammer und der darin angeordneten Steuerelektronik - im Vergleich mit einer Anordnung der Motorsteuerelektronik an dem axialen Ende der Evaporations-Pumpe und entfernt von dem relativ starken Gasstrom in der Umgebung des Pumpenrads - signifikant verbessert werden.According to a preferred embodiment of the invention, the electronics chamber is arranged axially between the motor stator and the pump wheel. Since the evaporation pump only pumps gas that has a relatively low heat capacity, cooling the engine control electronics is somewhat problematic. By arranging the electronics chamber Finally, the motor control electronics near the pump wheel section, the cooling of the electronics chamber and the control electronics arranged therein can be significantly improved - compared to an arrangement of the motor control electronics at the axial end of the evaporation pump and away from the relatively strong gas flow in the area around the pump wheel.
Vorzugsweise ist die Elektronikkammer ringförmig und umgibt die Lagervorrichtung. Dies ergibt eine kompakte Ausgestaltung der Evaporations-Pumpe in axialer Richtung.Preferably, the electronics chamber is annular and surrounds the storage device. This results in a compact design of the evaporation pump in the axial direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektronische Motorsteuerung mit mindestens einem Leistungshalbleiter zur Stromzufuhr zu den Statorspulen versehen. Der Leistungshalbleiter ist durch ein separates thermisches Verbindungselement thermisch mit dem Kapselungskörper verbunden. Das thermische Verbindungselement besteht aus einem Material, das Wärmenergie doppelt so gut wie Luft leitet.According to a preferred embodiment of the invention, the electronic motor control is provided with at least one power semiconductor for supplying power to the stator coils. The power semiconductor is thermally connected to the encapsulation body by a separate thermal connecting element. The thermal connection element is made of a material that conducts thermal energy twice as well as air.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die elektronische Motorsteuerung eine gedruckte Leiterplatte auf, die im Wesentlichen in einer radialen Ebene angeordnet ist. Der Kapselungskörper ist mit einem im Wesentlichen radialen Ringscheibenabschnitt versehen, so dass die gedruckte Leiterplatte und der radiale Scheibenabschnitt des Kapselungskörpers parallel und nahe zueinander angeordnet werden können.According to a preferred embodiment, the electronic motor control has a printed circuit board which is arranged essentially in a radial plane. The encapsulation body is provided with a substantially radial annular disk portion, so that the printed circuit board and the radial disk portion of the encapsulation body can be arranged parallel and close to one another.
Vorzugsweise kann die gedruckte Leiterplatte als ringförmige Scheibe ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine sehr effektive und kompakte Anordnung der elektronischen Motorsteuerung in Axialrichtung der Evaporations-Pumpe.Preferably, the printed circuit board can be designed as an annular disk. This configuration enables a very effective and compact arrangement of the electronic motor control in the axial direction of the evaporation pump.
Vorzugsweise ist das thermische Verbindungselement im Wesentlichen in Axialrichtung angeordnet und verbindet den Leistungshalbleiter mit dem radialen Ringscheibenabschnitt des Kapselungskörpers.Preferably, the thermal connection element is arranged essentially in the axial direction and connects the power semiconductor to the radial annular disk section of the encapsulation body.
Vorzugsweise sind die Statorspulen in einem massiven Plastik-Gehäusekörper angeordnet, der das axiale Ende eines Zylinderabschnitts des Kapselungskörpers trägt. Die Trennkapselungsvorrichtung weist mindestens zwei Elemente auf, nämlich den massiven Plastik-Gehäusekörper, der die Statorspulen von dem Motorrotor trennt, und die Trennkapselungsvorrichtung, die zusätzlich den Gasabschnitt von dem gasfreien Abschnitt der Pumpe trennt.Preferably, the stator coils are arranged in a solid plastic housing body which supports the axial end of a cylinder section of the encapsulation body. The separation encapsulation device has at least two elements, namely the solid plastic housing body that separates the stator coils from the motor rotor and the separation encapsulation device that additionally separates the gas section from the gas-free section of the pump.
Die Lagervorrichtung kann mit einem axialen Gasdurchlass versehen sein. Der axiale Gasdurchlass der Lagervorrichtung kann durch Zwischenräume und Spalte zwischen den benachbarten Rollenelementen eines Rollenlagers realisiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann der axiale Gasdurchlass der Lagervorrichtung auch als Axialnut oder -kanal in einem festgelegten Teil der Lagervorrichtung oder in der die Lagervorrichtung tragenden statischen Rahmenstruktur vorgesehen sein.The storage device can be provided with an axial gas passage. The axial gas passage of the bearing device can be realized through spaces and gaps between the adjacent roller elements of a roller bearing. Alternatively or additionally, the axial gas passage of the storage device can also be provided as an axial groove or channel in a fixed part of the storage device or in the static frame structure supporting the storage device.
Die Rotorwelle kann auch mit einem axialen Gasdurchlass versehen sein, und das Pumpenrad ist mit einem axialen Gasaustritts-Durchlass stromaufwärts der Pumpenradflügel versehen, so dass durch die Lagervorrichtung, den Wellen-Gasdurchlass und den Pumpenrad-Gasaustrittsdurchlass ein Trocknungsgasweg realisiert wird. Das gepumpte Gas strömt axial durch den Lagervorrichtungs-Gasdurchlass zu dem distalen Ende des Gasabschnitts und strömt dann axial zurück in der Richtung des Pumpenrads durch den Rotorwellen-Gasdurchlass und schließlich durch den Pumpenrad-Austrittsdurchlass.The rotor shaft may also be provided with an axial gas passage, and the impeller is provided with an axial gas outlet passage upstream of the impeller blades, so that a drying gas path is realized through the bearing device, the shaft gas passage and the impeller gas outlet passage. The pumped gas flows axially through the bearing device gas passage to the distal end of the gas section and then flows axially back in the direction of the impeller through the rotor shaft gas passage and finally through the impeller outlet passage.
Wenn die Rotorvorrichtung rotiert, ist der Gasdruck in der Mitte des Pumpenrads, wo der Gasaustritts-Durchlass angeordnet ist, im Vergleich mit dem Gasdruck radial außerhalb der Pumpenrad-Flügel relativ niedrig. Dies bewirkt, dass ein Trocknungsweg-Gasstrom von dem radial außerhalb der Pumpenrad-Flügel gelegenen Bereich zu dem Pumpenrad-Gasaustrittsdurchlass in der Mitte strömt.When the rotor device rotates, the gas pressure at the center of the impeller, where the gas outlet passage is located, is relatively low compared to the gas pressure radially outside the impeller vanes. This causes a drying path gas stream to flow from the area located radially outside the impeller blades to the impeller gas outlet passage in the middle.
Das Pumpenrad ist vorzugsweise als Impeller mit einem axialen Pumpenrad-Einlass und einem radialen Pumpenrad-Auslass vorgesehen.The impeller is preferably provided as an impeller with an axial impeller inlet and a radial impeller outlet.
Solange die Rotorvorrichtung rotiert, wird in dem Trocknungsweg ein kontinuierlicher Gasstrom bewirkt, so dass der Gasabschnitt kontinuierlich gelüftet wird. Folglich kann kein Kondensat, Kraftstoff oder Wasser in dem Gasabschnitt auftreten oder verbleiben, insbesondere nicht in den unzugänglichen Bereichen des Gasabschnitts. Da Feuchtigkeit und Kondensat kontinuierlich vermieden werden, wird die Korrosion in dem Gasabschnitt beträchtlich reduziert, und auch der mechanische Drehwiderstand wird beträchtlich reduziert.As long as the rotor device rotates, a continuous gas flow is caused in the drying path, so that the gas section is continuously ventilated. Consequently, no condensate, fuel or water can appear or remain in the gas section, especially not in the inaccessible areas of the gas section. Since moisture and condensate are continuously avoided, corrosion in the gas section is significantly reduced and mechanical resistance to rotation is also significantly reduced.
Generell kann der Rotorwellen-Gasdurchlass in Form einer oder mehrerer Axialnuten in dem Rotorschaft realisiert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wellen-Gasdurchlass durch eine axiale Wellen-Bohrung gebildet, die sich über die gesamte Axiallänge der Rotorwelle erstreckt.In general, the rotor shaft gas passage can be implemented in the form of one or more axial grooves in the rotor shaft. According to a preferred embodiment, the shaft gas passage is formed by an axial shaft bore which extends over the entire axial length of the rotor shaft.
Vorzugsweise ist der Pumpenrad-Gasaustrittsdurchlass durch eine axiale mittlere Öffnung in dem Pumpenradkörper gebildet. In dem zentralen Bereich des Pumpenrads ist der Gasdruck relativ niedrig, so dass eine Austrittsöffnung in diesem Bereich, die das fluidische Ende des Trocknungsgaswegs bildet, zum Erzeugen eines kontinuierlichen Trocknungsgasweg-Stroms verwendbar ist.Preferably, the impeller gas outlet passage is formed by an axial central opening in the impeller body. In the central area of the pump wheel, the gas pressure is relatively low, so that there is an outlet opening in this area, which is the fluidic end of the drying gas away, can be used to generate a continuous drying gas path stream.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Eintritts-Gasdurchlass des Trocknungsgaswegs durch einen kreisförmigen Spalt zwischen dem drehbaren Pumpenrad und einem nichtdrehenden Teil des Pumpenrahmens, des Pumpengehäuses oder eines anderen statischen Teils der Pumpe gebildet. Das Pumpenrad ist vorzugsweise mit einer Basisscheibe versehen, von der die Pumpenradflügel axial abstehen. Der Eintritts-Gasdurchlass des Trocknungswegs ist vorzugsweise durch einen kreisförmigen Spalt zwischen der Pumpenrad-Basisscheibe und einem weiteren kreisförmigen statischen Teil der Pumpe gebildet.According to a preferred embodiment of the invention, an inlet gas passage of the drying gas path is formed by a circular gap between the rotatable impeller and a non-rotating part of the pump frame, the pump housing or another static part of the pump. The impeller is preferably provided with a base disk from which the impeller blades protrude axially. The inlet gas passage of the drying path is preferably formed by a circular gap between the impeller base disk and another circular static part of the pump.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der durch das Pumpenrad und einen nichtdrehenden Teil des Pumpenrahmens oder Pumpengehäuses gebildete Gaseintritts-Durchlass mit einer kreisförmigen Labyrinthdichtung versehen sein, so dass der gesamte radiale Eintrittsstrom auf eine maximale Trockengasweg-Rate beschränkt und moderiert wird, die hinreichend ist, um eine Konzentration und Feuchtigkeit in dem Gasabschnitt zu vermeiden.According to a preferred embodiment of the invention, the gas inlet passage formed by the impeller and a non-rotating part of the pump frame or pump housing may be provided with a circular labyrinth seal so that the total radial inlet flow is limited and moderated to a maximum dry gas path rate that is sufficient to avoid concentration and moisture in the gas section.
Vorzugsweise ist ein Motorrotor-Gasdurchlass durch einen kreisförmigen Spalt zwischen dem Motorrotor und der Trennkapselungsvorrichtung gebildet. Als Alternative oder zusätzlich zu dem kreisförmigen Spalt kann eine axiale Nut, die in der Trennkapselungsvorrichtung und/oder in dem Motorrotorkörper vorgesehen ist, als Motorrotor-Gasdurchlass dienen.Preferably, a motor rotor gas passage is formed by a circular gap between the motor rotor and the separation encapsulation device. As an alternative or in addition to the circular gap, an axial groove provided in the separation encapsulation device and/or in the motor rotor body may serve as a motor rotor gas passage.
Vorzugsweise ist eine elektronische Motorsteuerung vorgesehen, die axial zwischen dem Motorstator und dem Pumpenrad angeordnet ist und die vorzugsweise die Lagervorrichtung umgibt. Die elektronische Motorsteuerung führt den elektromagnetischen Statorspulen auf der Basis eines Kommutationsschemas elektrische Energie zu. Die Anordnung der Motorsteuerelektronik axial zwischen dem Motorstator und dem Pumpenrad ermöglicht einen guten mechanischen Schutz der Elektronik gegenüber Umwelteinflüssen.An electronic motor control is preferably provided, which is arranged axially between the motor stator and the pump wheel and which preferably surrounds the bearing device. The electronic engine control supplies electrical energy to the electromagnetic stator coils based on a commutation scheme. The arrangement of the motor control electronics axially between the motor stator and the pump wheel enables good mechanical protection of the electronics against environmental influences.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der die Figur einen Längsquerschnitt durch die elektrische Evaporations-Pumpe zeigt.An embodiment of the invention is described below in connection with the accompanying drawing, in which the figure shows a longitudinal cross section through the electric evaporation pump.
Die Figur zeigt eine elektrische Evaporations-Pumpe 10 zum Pumpen von Kraftstoffdampf aus einer Kraftstoffdampfquelle zu einem Kraftstoffdampfziel, z.B. von einer Kraftstoffdampf-Absorptionseinheit zu einer Einlass-Sammelleitung eines Verbrennungsmotors. Die Gaspumpe 10 ist zum Pumpen von Gas geeignet, jedoch ungeeignet zum Pumpen einer Flüssigkeit. Die Gaspumpe 10 ist mit einem Pumpengehäuse 11 versehen, das einen axialen Gasansaug-Port 50 und einen radialen Gasausstoß-Port 52 ausweist. Die Gaspumpe 10 ist versehen mit einem Pumpenabschnitt, der ein Impeller-Pumpenrad 18 und die Ports 50,52 aufweist, und mit einem Motorabschnitt, der einen eingekapselten Elektromotor 30 und eine Motorsteuerung 40 aufweist. Die Motorsteuerung 40, die eine gedruckte Leiterplatte 41 aufweist, ist in einer ringförmigen Elektronikkammer 83 axial zwischen dem Pumpenabschnitt und dem Elektromotor 30 angeordnet.The figure shows an
Das Pumpengehäuse 11 weist im Wesentlichen zwei getrennte Teile auf, nämlich das Motorabschnittsgehäuse 12 und das Pumpenabschnittsgehäuse 14. Beide Abschnittsgehäuse 12,14 sind durch massive Plastik-Gehäusekörper 13,15 gebildet. Das Motorabschnittsgehäuse 12 weist zahlreiche Statorspulen 33 eines Motorstators 32 auf und umgibt diese. Die Statorspulen 33 sind in dem Plastik-Motorgehäusekörper 13 eingebettet. Der Motorgehäusekörper 13 bildet ferner die ringförmige Motorsteuerelektronikkammer 83, in der die elektronische Motorsteuerung 40 untergebracht ist. Die Motorsteuerung 40 ist durch zahlreiche elektronische Elemente auf der gedruckte Leiterplatte 41 gebildet. Die gedruckte Leiterplatte 41 hat die Form einer Ringscheibe und ist mit zahlreichen Leistungshalbleitern 98 an der Pumpenrad-Seite der gedruckten Leiterplatte 41 versehen.The
Die Gaspumpe 10 ist mit einer drehbaren Rotorvorrichtung 16 versehen, die ein Plastik-Pumpenrad 18, ein elastisches Kupplungselement 21, eine Metall-Rotorwelle 20 und einen Motorrotor 34 mit einem Motorrotorkörper 80 aufweist, welcher mit Permanentmagneten versehen ist, die zahlreiche Magnetrotorpole definieren. Die Rotorwelle 20 trägt zur gemeinsamen Drehung das elastische Kupplungselement 21, welche direkt das Pumpenrad 18 trägt. Das elastische Kupplungselement 21 erlaubt dem Pumpenrad 18, in einem beschränkten Bereich zu kippen, so dass ein durch Feststoffpartikel verursachtes Blockieren und Verkanten des Pumpenrads 18 vermieden werden kann.The
Das Plastik-Pumpenrad 18 ist mit zahlreichen Pumpenradflügeln 19 versehen, die axial von einem Pumpenrad-Basischeibenkörper 54 abstehen, der im Wesentlichen in einer radialen Ebene angeordnet ist. Der Pumpenrad-Basisscheibenkörper 54 ist in seiner axialen Mitte mit einer Axialmittenöffnung 57 versehen, die einen Trocknungsgas-Austrittsdurchlass 55 bildet.The
Die Rotorwelle 20 ist durch einen Metall-Rotorwellenkörper 22 gebildet, der mit einer axialen Wellenbohrung 25 versehen ist, die einen axialen Trocknungsgas-Durchlass 24 bildet. Das distale Ende der Wellenbohrung 25 bildet eine Trocknungsgas-Einlassöffnung 28, und das proximale Ende der Wellenbohrung 25 bildet eine Trocknungsgas-Auslassöffnung 26.The
Die Rotorvorrichtung 16 ist von einer Lagervorrichtung 36, die zwei Rollenlager 37,38 aufweist, drehbar gehalten. Die Lagervorrichtung 36 ist axial zwischen dem Motorrotor 34 und dem Pumpenrad 18 angeordnet. Die Lagervorrichtung 36 ist mit einem axialen Gasdurchlass 70 versehen, der ein axiales Strömen des gepumpten Trocknungsgases axial durch die Lagervorrichtung 36 ermöglicht. Im Fall der hier beschriebenen Rollenlager 37,38 ist der axiale Gasdurchlass durch die Zwischenräume zwischen den Rollenelementen des Rollenlagers 37,38 gebildet. Zusätzlich ist die Lagervorrichtung 36 mit einem zweiten axialen Gasdurchlass versehen, der durch drei axiale Nuten 106 gebildet ist, die in dem zylindrischen Zylinderabschnitt 84 des Kapselungskörpers 60 vorgesehen sind. Selbst falls die axialen Nuten 106 nicht Teil der Rollenlager 37,38 sind, bilden sie ebenfalls axiale Lagervorrichtungs-Gasdurchlässe im Sinn der Patentansprüche. Die axialen GasdurchlassNuten 106 transportieren 50% bis 80% des durch den Trocknungsweg strömenden Gases. Dies bedeutet, dass ein Auswaschen des Schmierfetts der Rollenlager 37,38 verhindert wird.The
Der Pumpengehäusekörper 15 bildet einen Pumpenspirale 56, die das Pumpenrad radial umgibt und fluidisch in einen radialen Pumpenauslasskanal 53 führt, der fluidisch an dem Gasausstoß-Port 52 der Pumpe endet.The
Die Gaspumpe 10 ist mit einer Trennkapselungsvorrichtung 82 versehen, die den Motorstator 32, der in einem gasfreien Abschnitt angeordnet ist, fluidisch von der Motor-Rotorvorrichtung 16 trennt, die in einem Gasabschnitt angeordnet ist. In dem Gasabschnitt ist das gepumpte Gas vorhanden, während in dem gasfreien Abschnitt kein gepumptes Gas vorhanden ist. Es kann jedoch ein anderes Gas wie z.B. Luft in dem gasfreien Abschnitt vorhanden sein. Insbesondere ist die Elektronikkammer 83 mit Luft gefüllt, ist jedoch nicht mit gepumptem Gas gefüllt. Die Trennkapselungsvorrichtung 82 weist die zylindrische Innenfläche des Motorabschnitts-Gehäusekörpers 13 und einen separaten Blech-Kapselungskörper 60 auf.The
Der Blech-Kapselungskörper 60 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Zylinderabschnitt 84 und einen Ringscheibenabschnitt 85 auf, der im Wesentlichen in einer radialen Ebene liegt. Der kreisförmige Rand 91 des Ringscheibenabschnitts 85 des Kapselungskörpers 60 ist zwischen entsprechende Flansche des Pumpengehäusekörpers 15 und des Motorgehäusekörpers 13 geklemmt. Beide Flansche sind mit einer jeweiligen kreisförmigen Nut 87,89 versehen. In beide kreisförmigen Nuten 87,89 ist ein jeweiliger Dichtring 88,90 eingesetzt. Die kreisförmigen Nuten 87,89, die kreisförmigen Dichtringe 88,90 und der kreisförmige Rand 91 des Ringscheibenabschnitts 85 sind axial miteinander ausgerichtet, so dass eine zuverlässige Dichtungsanordnung realisiert wird.The sheet
Die äußeren zylindrischen Flächen der Rollenlager 37,38 sind durch Klemmen an der inneren zylindrischen Fläche des Trenn-Kapselungs-Zylinderabschnitts 84 fixiert. Die Außenfläche des Trenn-Kapselungs-Zylinderabschnitts 84 ist ebenfalls durch Klemmen zum Teil an einem zylindrischen Abschnitt des Motorgehäusekörpers 13 fixiert. Die Flüssigkeitsdichtung ist durch einen Dichtring 92 realisiert, der zwischen der Außenfläche des Trenn-Kapselungs-Zylinderabschnitts 84 und der inneren zylindrischen Fläche des Motorgehäusekörpers 13 angeordnet ist.The outer cylindrical surfaces of the
Der kreisförmige Spalt zwischen der Basisscheibe 54 des Pumpenrads 18 und dem Ringscheibenabschnitt 85 des Kapselungskörpers 60 bildet einen kreisförmigen Eintritts-Trocknungsgasdurchlass 77 eines Trocknungsgaswegs, der von dem Eintritts-Trocknungsgasdurchlass 77 zu dem Auslass-Trocknungsgasdurchlass 55 verläuft. Der kreisförmige Spalt ist mit einer Labyrinthdichtung 100 versehen, die durch einen kreisförmigen axialen Dichtungs-Landring 102 an der Rückseite des Scheibenabschnitts 85 des Kapselungskörpers 60 und durch eine entsprechende kreisförmige axiale Nut an der Vorderseite des Ringscheibenabschnitts 85 des Kapselungskörpers 60 gebildet ist. Die Labyrinthdichtung 100 definiert die maximale Strömung durch den Trocknungsgasweg, so dass die durch den Trocknungsgasweg gebildete pneumatische Abkürzung die pneumatische Effizienz der Gaspumpe 10 nicht signifikant beeinträchtigt.The circular gap between the
Der Motorgehäusekörper 13 ist an seiner zylindrischen Innenfläche, die den Motorrotorkörper 80 umgibt, mit einer oder mehreren axialen Gasdurchlassnuten 17 versehen, die es ermöglichen, dass ein axialer Trocknungsgasstrom in axialer Richtung durch den Motorrotor 34 hindurchtritt.The
Die Leistungshalbleiter 98 sind jeweils durch separate thermische Verbindungselemente 99 thermisch mit dem Ringabschnitt 85 des Blech-Kapselungskörpers 60 verbunden. Die Verbindungselemente 99 verbinden die jeweiligen Leistungshalbleiter 98 axial mit dem Ringscheibenabschnitt 85 des Blech-Kapselungskörpers 60. Da dieser Ringscheibenabschnitt des Blech-Kapselungskörpers 60 durch das Gas gekühlt wird, das mit einer relativ hohen Gasgeschwindigkeit vorbeiströmt und mittels des Pumpenrads gepumpt wird, wird eine beträchtliche Kühlkapazität realisiert, so dass die Wärme zuverlässig von den Leistungshalbleitern 98 abgeleitet werden kann.The
Wenn die Gaspumpe 10 aktiv ist, rotiert der eingekapselte Elektromotor 30, so dass sich auch das Pumpenrad 18 dreht. Das Pumpenrad pumpt das Gas, bei dem es sich um Kraftstoffdampf handelt, axial durch den axialen Gasansaug-Port 50 und radial nach außen in die Pumpenspirale 56. Aus der Pumpenspirale 56 strömt das Gas durch den Auslasskanal 53 zu dem Gasausstoß-Port 52.When the
Der Gasdruck vor dem Pumpenrad 18 ist niedriger als der Gasdruck in der Pumpenspirale 56. Dies bewirkt einen Trocknungsgasstrom von dem Trocknungsgaseintritts-Durchlass 77 entlang des Trocknungsgaswegs zu dem Trocknungsgas-Austrittsdurchlass 55. Der Trocknungsgasweg weist den kreisförmigen Trocknungsgas-Eintrittsdurchlass 77, die axialen Gasdurchlässe 70, 106 der Lagervorrichtung 36, die axialen Gasdurchlassnuten 17 an dem Motorgehäusekörper 13, den axialen Gasdurchlass 24 der Rotorwelle 20 und den Trocknungsgas-Austrittsdurchlass 55 des Pumpenrads 18 auf.The gas pressure in front of the
Solange sich das Pumpenrad 18 dreht, bewirkt die Druckdifferenz zwischen dem Gasansaug-Port 50 und dem Gasausstoß-Port 52 einen Trocknungsgasstrom durch den Trocknungsgasweg, so dass kein relevantes Kondensat des gepumpten Gases in dem Gasabschnitt der Gaspumpe 10 verbleibt.As long as the
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