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Stand der Technik
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Zahnradpumpen oder Zahnringpumpen sind weit verbreitet für mittlere bis hohe Fördermengen. Im Druckbereich ist die Zahnradpumpe infolge der vielen Spaltabdichtungen beschränkt, teilweise werden auch Stufenpumpen eingesetzt, bei denen die Druckbelastung pro Pumpe kleiner wird. Zahnradpumpen werden meist für Anwendungen von einem Druck von bis zu 300 bar eingesetzt.
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Meist werden Zahnradpumpen von Elektromotoren angetrieben. Hierbei ist es weit verbreitet, eine Reihenschaltung vorzusehen, d. h. Elektromotor und Pumpe getrennt auszubilden wobei auch eine gemeinsame Antriebswelle, wie in
DE 102017106927 A mit einer Kupplung offenbart, einzusetzen. Dies erfordert viel Einbauraum, was insbesondere bei Anwendung in einem Aggregat mit eingeschränktem Raumangebot, wie zum Beispiel bei einem integrierten Bremssystem oder einer Getriebesteuerung, nachteilig ist.
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Aus
WO 01/42069 ist eine klein bauende Motorpumpeneinheit vorbekannt, bei der die Pumpe im Wesentlichen innerhalb des Läufers bzw. dem Rotor angeordnet ist. Bei dieser Anordnung ist jedoch die Baugröße der Pumpe auf die Rotorgröße beschränkt und die Motorlagerung und die Anordnung des Motorwinkelsensors aufwendig.
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Aus
DE 4113373 ist eine Kraftstoffpumpe für niedriges Druckniveau kleiner 10 bar bekannt, mit Lagerung der Pumpe in einer Art Flansch, jedoch ohne Verbindung zu einem Hydraulikblock mit Steuerventilen. Zusätzlich liegen Saug- und Druckanschluss nicht zusammen im Lagerflansch. Der Motor wird von dem zu pumpenden Medium umströmt, was einen Einsatz der Pumpe als Hochdruckpumpe verhindert.
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Der Aufbau einer Zahnradpumpe wird zusätzlich dadurch erschwert und komplex, wenn diese auf zwei Hydraulikkreise wirken soll, wie in
WO2012/103925 ,
DE 102014212538 und
DE 102014117189 offenbart.
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Wie eingangs erwähnt ist der Druckbereich und auch Wirkungsgrad abhängig von der Anzahl der abzudichtenden Dichtungsflächen, welche abhängig sind u.a. von dem Spiel zwischen den Zähnen der ineinandergreifenden Zahnräder sowie dem Spiel bzw. Abstand zwischen der Gehäuseinnenwandung und den daran entlangleitenden Zahnspitzen. Auch kommt es auf die Dichtigkeit zwischen den Zahnrädern und den axial angrenzenden Gehäusewandungen an. Je größer der axiale Spalt zwischen Gehäuse und Zahnrad, desto geringer ist die Leistung und der mögliche maximal erzielbare Druck.
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Nennenswerte Kosten entstehen zudem durch die Lagerung der sich drehenden Teile. Dies ist z.B. problematisch, wenn Motor und Pumpe getrennt ausgebildet sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Druckversorgungseinrichtung mit Zahnradpumpe und integriertem Elektromotor mit kleiner Abmessung und hohem Wirkungsgrad bereitzustellen.
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Lösung
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird vorteilhaft mit einer Druckversorgungseinrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Druckversorgungseinrichtung gemäß Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Druckversorgungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass Sie ein Motorgehäuse mit darin angeordnetem elektromotorischen Antrieb aufweist, welcher eine Zahnradpumpe antreibt. Der Antrieb hat dafür einen Stator und einen Rotor. Über den Rotor des Antriebs wird ein inneres Zahnrad der Zahnradpumpe bewegt. Der Antrieb ist dabei erfindungsgemäß mittels mindestens einer Dichtung, welche zwischen Rotor und innerem Zahnrad angeordnet ist, als Trockenläufer ausgebildet bzw. weist einen trockenlaufenden Rotor auf, d.h. der Rotor des Antriebs wird nicht von dem von der Zahnradpumpe gefördertem Medium umströmt und/oder ist nicht von dem Medium umgeben. Durch die Ausbildung als Trockenläufer dreht der Rotor ohne größere Reibungs- und Strömungswiderstände, wodurch höhere Drehzahlen und ein besserer Wirkungsgrad erzielbar ist.
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Eine besonders kompakte und einfache Druckversorgungseinrichtung ergibt sich, wenn das Motorgehäuse eine Seitenwandung aufweist, an der die Zahnradpumpe angeordnet ist, insbesondere diese eine Ausnehmung aufweist, in der die Zahnradpumpe zumindest teilweise oder ganz einliegt. Die Seitenwandung des Motorgehäuses kann dabei von einer mit dem Rotor drehfest verbundenen Welle durchgriffen sein, wobei das Zahnrad entweder drehfest mit der Welle verbunden ist oder über ein zwischengeschaltetes Getriebe und/oder einer Kupplung mit der Welle gekoppelt ist.
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Eine vorteilhafte kompakte und integrierte Ausbildung der zuvor beschriebenen Druckversorgungseinrichtung erhält man, wenn der Anrieb mit seinem Gehäuse an einem Hydraulikgehäuse mit mindestens einem darin angeordneten Ventil und/oder Hydraulikleitungen bzw. -kanälen anliegt oder mit diesem eine Einheit bildet. Die Seitenwandung des Antriebsgehäuses kann dabei an der Seitenwandung des Hydraulikgehäuses anliegen bzw. anstoßen, insbesondere an dieser befestigt sein, wobei die, insbesondere topfförmige, Ausnehmung die Zahnradpumpe zumindest teilweise oder ganz aufnimmt und hin zum Hydraulikgehäuse geöffnet ist. Bei aneinander angeordneten Gehäusen kann die Zahnradpumpe entweder ganz in der Ausnehmung der Wandung des Antriebsgehäuses, ganz in einer Ausnehmung des Hydraulikgehäuses oder aber sowohl in einer Ausnehmung der Seitenwandung des Antriebsgehäuses als auch in einer Ausnehmung der Seitenwandung des Hydraulikgehäuses einliegen. Im letzteren Fall sind die Öffnungen der beiden Ausnehmungen dann zueinander zugewandt. Zusätzliche Dichtungen können dabei vorgesehen sein, um die beiden Gehäuse zueinander und nach außen hin abzudichten.
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Die vorbeschriebene Ausnehmung in der Seitenwandung des Antriebsgehäuses ist dabei vorteilhaft nach außen hin, und sofern ein Hydraulikgehäuse vorhanden, zu diesem hin geöffnet. Die Ausnehmung kann selbst vorteilhaft topfförmig ausgebildet sein. Auch kann sie einen zylindrischen im Querschnitt kreisförmigen Abschnitt aufweisen, in dem die Zahnradpumpe mit ihren Zahnrädern einliegt.
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Die Seitenwandung des Antriebsgehäuses kann zudem vorteilhaft als Flansch ausgebildet sein, mit dem der Antrieb an einem anderen Teil oder Aggregat befestigbar ist.
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Die bei der erfindungsgemäßen Druckversorgungseinrichtung eingesetzte Zahnradpumpe kann eine Innenzahnradpumpe mit Sichel, eine Außenzahnradpumpe oder Zahnringpumpe sein.
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Die Zahnradpumpe kann zudem vorteilhaft axial neben dem Stator und/oder dem Rotor des Antriebs angeordnet sein, ist deren Aufbau und Größe nicht durch die Zahnradpumpe nachteilig beschränkt. Auch ist die Zahnradpumpe dann in ihrer Größe und ihrem Aufbau nicht abhängig von den Abmessungen des Stators und des Rotors.
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Das Antriebsgehäuse kann mindestens zweiteilig ausgebildet sein, wobei die Seitenwandung Teil eines ersten Gehäuseteils ist oder dieses bildet. Das zweite Gehäuseteil kann z.B. topfförmig ausgebildet sein und den Stator und den Rotor des Antriebs aufnehmen.
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Der Rotor ist, wie bereits ausgeführt, mit dem Zahnrad mittels einer Antriebswelle direkt oder über ein Getriebe und/oder eine Kupplung verbunden. Dabei kann das Zahnrad entweder mittels einer kraftschlüssigen Verbindung oder mittels eines Formschlusses, welcher insbesondere mittels eines Stifts oder Kerbverzahnung gebildet ist, mit der Antriebswelle drehfest verbunden sein. Bei der Zahnringpumpe ist das innere Zahnrad exzentrisch auf einem mit der Antriebswelle verbundenem Teil, insbesondere in Form einer Scheibe oder einer Nockenscheibe, angeordnet.
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Sowohl bei der Ausbildung der Zahnradpumpe der erfindungsgemäßen Druckversorgungseinrichtung als Innenzahnradpumpe oder als Zahnringpumpe, ist zu dem inneren Zahnrad auch noch ein äußerer Innenzahnkranz notwendig. Der Innenzahnkranz wird bei der Innenzahnradpumpe mittels des von der Antriebswelle angetriebenen inneren Zahnrades um seine Drehachse verdreht, wobei das innere Zahnrad exzentrisch zu dem Innenzahnkranz angeordnet ist. Der Innenzahnkranz dreht sich dabei in einem äußeren, ihn umgebenden Ring oder Zylinder. Zusätzlich ist noch eine Sichel vorzusehen, welche in dem sich durch die Exzentrizität ergebenden Raum zwischen Innenzahnkranz und innerem Zahnrad angeordnet sein muss.
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Im Gegensatz zur Innenzahnradpumpe ist bei der Zahnringpumpe der Innenzahnkranz fest angeordnet, wobei das innere Zahnrad aufgrund seiner exzentrischen Lagerung auf der von der Antriebswelle gedrehten Scheibe in dem Innenzahnkranz abrollt. Eine Sichel wie bei der Innenzahnradpumpe ist nicht erforderl ich.
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Die Antriebswelle kann erfindungsgemäß entweder
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- a) im Motorgehäuse einerseits, sowie in der Zahnradpumpe und/oder im Hydraulikgehäuse andererseits oder
- b) nur in der Zahnradpumpe oder
- c) im Hydraulikgehäuse und im Motorgehäuse oder
- d) in der Zahnradpumpe und im Hydraulikgehäuse
abgestützt bzw. mittels geeigneter Lager, insbesondere Radiallager, in Form von Kugel- oder Rollenlagern, und/oder Axiallagern, gelagert sein.
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Sofern ein Hydraulikgehäuse vorgesehen ist, so kann sich die Antriebswelle bis in das Hydraulikgehäuse hinein erstrecken, insbesondere bis zu dessen dem Antrieb gegenüberliegender Seite. So kann an der Antriebswelle ein Target für einen Sensor angeordnet sein, wobei der Sensor in der Steuer- und Regeleinheit (ECU) angeordnet ist. Dabei können zusätzliche Dichtungen verhindern, dass das geförderte Medium in die Steuer- und Regeleinheit gelangt. Es ist auch möglich, dass sich die Antriebswelle durch das Hydraulikgehäuse ganz hindurch erstreckt und in dem sich daran anschließenden Gehäuse, z.B. einer Steuer- und Regeleinheit, endet.
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Die Zahnradpumpe als Innenzahnradpumpe kann unterschiedlich ausgebildet sein. So können in einer ersten Ausführung das innere Zahnrad, der Innenzahnkranz, die Sichel und der Außenring zwischen zwei Scheiben angeordnet sein, wobei nach entsprechender Zentrierung und Justierung der Teile zueinander die Scheiben mit dem Außenring stoffschlüssig verbunden werden. Dabei kann sich die stoffschlüssige Verbindung ganz um den Umfang herum erstrecken, so dass sich eine stabile und kompakte Ausführungsform ergibt, bei der die einzelnen sich bewegenden Teile nur kleine Spiele und Spalte zueinander aufweisen, wodurch ein guter Wirkungsgrad erreicht wird und ein hoher Druck erzielbar ist.
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Bei einer Weiterentwicklung der vorbeschriebenen Ausführungsform sind die eine seitliche Scheibe und der Außenring zu einem topfförmigen Teil zusammengefasst, so dass nur noch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem topfförmigen Teil und der einen Scheibe herzustellen ist.
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Auch bei der Ausbildung der Zahnradpumpe als Zahnringpumpe können die beweglichen Teile zwischen zwei Scheiben angeordnet werden, welche mit einem Außenring oder dem Innenzahnkranz stoffschlüssig verbunden sind. Ebenso ist es möglich, den Außenring bzw. den Innenzahnkranz mit einer Scheibe als ein Bauteil auszubilden, welches dann wiederum mit der verbleibenden Scheibe stoffschlüssig nach dem Einsetzen der Übrigen Teile in das topfförmige Teil verbunden wird.
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Bei den Zahnradpumpen mit sich drehendem Innenzahnkranz kann vorteilhaft ein Lager, insbesondere Kugel- oder Wälzlager, zwischen der radialen Außenwandung des Innenzahnkranzes und dem den Innenzahnkranz umfassenden äußeren Ring bzw. der zylindrischen Innenwandung des topfförmigen Teils vorgesehen sein, um die Reibung möglichst klein zu halten.
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Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Innenzahnradpumpen und Zahnringpumpen können vorteilhaft in eine Ausnehmung einer Wandung eingesetzt werden. Damit sich die Zahnradpumpe in der Ausnehmung verdreht, kann entweder ein Formschluss mittels einer nicht kreisförmigen Form der Ausnehmung und der entsprechenden Kontur der Zahnradpumpe vorgesehen werden oder aber eine Verdrehsicherung, z.B. in Form eines Bolzens, etc. vorgesehen werden.
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Die hydraulischen Anschlüsse für die Zahnradpumpe können vorteilhaft direkt in der Wandung bzw. Ausnehmung und/oder der mindestens einen Scheibe bzw. des topfförmigen Teils vorgesehen werden. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Ausführung der erfindungsgemäßen Druckversorgungseinrichtung. Dichtungen können zur Abdichtung der Anschlüsse an die Kanäle vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise in der Mündungsöffnung des Kanals, einer um die Kanalöffnung herumlaufende Nut einer Wandung, etc. einliegen.
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Bei allen der vorbeschriebenen Ausführungsformen kann das Innenzahnrad auf der Welle kippbar angeordnet sein. Dies kann über eine schmale Anlagefläche des Innenzahnrads auf der Welle oder eine elastische Verbindung zwischen Welle und Innenzahnrad erfolgen. Hierdurch können Toleranzen gut ausgeglichen werden, was zu einem ruhigeren Lauf der Zahnradpumpe führt und zudem den Wirkungsgrad vorteilhaft erhöht.
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Sofern zwischen dem Antriebsgehäuse und der Steuer- und Regeleinheit ein Hydraulikgehäuse angeordnet ist, können vorteilhaft die elektrischen Anschlussleitungen des elektrischen Antriebes durch das Hydraulikgehäuse hindurch zu dem Gehäuse der Steuer- und Regeleinheit, insbesondere in mindestens einem Kanal, hindurchgeführt sein.
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Die Zahnradpumpe kann zudem vorteilhaft in axialer Richtung ganz oder zum Teil neben dem Rotor und/oder dem Stator angeordnet sein, wodurch der Stator und/oder Rotor und auch die Zahnradpumpe voneinander unabhängig ausgebildet sein können.
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Die erfindungsgemäße Druckversorgungseinrichtung kann vorteilhaft als Druckquelle für ein Bremssystem und/oder ein Getriebe dienen.
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Wie bereits ausgeführt, wird durch die Integration der Zahnradpumpe in die Seitenwandung des Antriebsgehäuses bzw. den Lagerflansch des Antriebs eine klein bauende Baueinheit geschaffen, bei der ein größeres Bauvolumen sowohl für eine einstufige als auch für eine zweistufige Pumpe zur Verfügung steht. Die Lagerung kann vereinfacht werden, indem der Rotor des Elektromotors nur mit einem im Antriebsgehäuse angeordneten Lager und mit einem zweiten in der Zahnradpumpe angeordneten Lager gelagert ist. Wie vorbeschrieben ist es aber auch möglich, die gesamte Lagerung des Rotors in der Zahnradpumpe vorzusehen. Die Anordnung kann sowohl für einen bürstenlosen Motor als auch einen Motor mit Bürsten verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Druckversorgungseinrichtung kann vorteilhaft bei allen Systemen eingesetzt werden, bei der mit einer Druckversorgungsquelle ein Hydraulikdruck bereitgestellt und dieser auch eingeregelt werden muss, wie z.B. bei integrierten Bremssystemen, Getriebesteuerungen, Robotik, Sondermaschinen usw..
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Wie bereits ausgeführt, ist es für den Wirkungsgrad wichtig, dass mit kleinen Spalten gearbeitet wird, deshalb wird ein Aufbau mit Scheiben und/oder topfförmigen Teilen, innerem Zahnrad, Innenzahnkranz, Abstands- und Außenringe so gewählt, dass kleine Toleranzen eingehalten werden können, wobei sich eine geschlossene Baueinheit ergibt, bei der die Teile nach Justierung am Außendurchmesser stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere verschweißt, verlötet oder verklebt, werden.
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Sofern im Antriebsgehäuse lediglich ein Elektromotor vorgesehen ist, so kann mit den vorbeschriebenen Druckversorgungseinrichtungen lediglich ein Hydraulikkreis versorgt werden. Es ist jedoch auch im Sinne der Erfindung, dass in dem Antriebsgehäuse mehrere Elektromotoren angeordnet sind, welche mehrere Zahnradpumpen antreiben, wobei die Zahnradpumpen wie vorbeschrieben ausgeführt sind, wobei eine derartige Druckversorgungseinrichtung zur Versorgung von mehreren Hydraulikkreisen geeignet ist. Ebenso können mehrere einkreisige erfindungsgemäße Druckversorgungseinrichtungen zusammen in einem Modul zusammengefasst werden, wobei dann das Modul auch zur Versorgung von mehreren Hydraulikkreisen bzw. Aggregaten einsetzbar ist.
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Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsformen können die Zahnradpumpen sowohl als einstufige, als auch als mehrstufige Zahnradpumpen, sog. Stufenpumpen, ausgebildet sein.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Druckversorgungseinrichtung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1: eine erste mögliche Ausführungsform einer Zahnradpumpe einer erfindungsgemäßen Druckversorgungseinrichtung, wobei die Zahnradpumpe als 1-stufige Zahnradpumpe ausgebildet ist, und die Antriebswelle u.a. über das innere Zahnrad der Zahnradpumpe gelagert ist;
- 1a: einen Schnitt durch die Innenzahnradpumpe gemäß 1;
- 1b: einen Schnitt durch den Bereich der Zahnradpumpe gemäß 1, in dem die feststehenden äußeren Teile der Zahnradpumpe miteinander verschweißt sind;
- 1c: eine leicht abgewandelte Ausführungsform der Zahnradpumpe gegenüber der in 1a gezeigten Ausführungsform mit geschlitzter Sichel und deren Lagerung über einen Bolzen;
- 2: eine Ausführungsform der Zahnradpumpe mit einem Kugellager zwischen Innenzahnkranz und äußerem Ring, wobei die Antriebswelle in der Zahnradpumpe ebenfalls über das innere Zahnrad gelagert ist;
- 3: eine Ausführungsform, bei der die Antriebswelle mittels Wälzlager in der Zahnradpumpe gelagert ist;
- 4: eine 2-stufige Zahnradpumpe mit teilweiser Lagerung der Antriebswelle in der Zahnradpumpe;
- 5: eine 2-stufige Zahnradpumpe, wobei die Antriebswelle vollständig, d.h. ausschließlich in der Zahnradpumpe gelagert ist;
- 6: eine Motorlagerung sowohl im Antriebsgehäuse als auch in der Zahnradpumpe, wobei das erste Lager mit magnetischer Verspannung ausgebildet ist und das zweite Lager in der Zahnradpumpe angeordnet ist;
- 6a: eine Motorlagerung mit beiden Lagern in der Zahnradpumpe;
- 7: einen Bürstenmotor mit einer 1-stufigen Zahnradpumpe;
- 7a: einen Bürstenmotor ohne Zahnradpumpe;
- 8: eine Montagevorrichtung für eine erfindungsgemäße Zahnradpumpe.
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Die 1 und 1a zeigen eine mögliche Ausführungsform einer Innenzahnradpumpe mit Antriebswelle 1, innerem Zahnrad 2, Innenzahnkranz 3, Führungsteil in Form einer Sichel 5, wobei letztere über den Bolzen 6 mit den Außenscheiben 7.1 und 7.2 verbunden und damit fixiert ist. Die vorgenannten Teile sind in die beiden Außenscheiben 7.1 und 7.2 zusammen mit dem Au-ßenring 4 eingebettet, wobei der Außenring 4 mit den beiden Außenscheiben 7.1 und 7.2 durch Schweißung LS miteinander verbunden ist, was vergrößert in 1b dargestellt ist. Die beiden Außenscheiben 7.1 und 7.2 bilden zusammen mit dem Außenring 4 das Pumpengehäuse ZG der Zahnradpumpe Z, welches in der Ausnehmung 18b der Wandung 18 gelagert ist. Die Wandung 18 bildet dabei einen Flansch an dem bzw. mit dem das Antriebsgehäuse an dem Hydraulikgehäuse befestigbar ist.
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In 1b ist dargestellt, dass der Außendurchmesser der für die Verschweißung LS vorgesehenen Bereiche 7.1a, 7.2a und 4a der Außenscheiben 7.1, 7.2 und des Außenrings 4 kleiner als der größte Außendurchmesser DA der Teile, damit die Montage in die Ausnehmung 18b, welche mittels einer Bohrung ausgebildet sein kann, nicht durch die Schweißnaht LS behindert wird. Die Montage und Justierung dieser Teile wird in 8 beschrieben.
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Entscheidend für die Verluste durch Leckfluß ist der Spalt bzw. das Spiel zwischen dem drehenden inneren Zahnrad 2 und dem Innenzahnkranz 3 zum Zahnradpumpengehäuse ZG, was durch die Außenscheiben 7.1 und 7.2 und vor allem durch den Außenring 4 gebildet ist. Durch Flachschleifen lassen sich die Scheiben 7.1, 7.2 und der Außenring 4 sehr genau fertigen, sodass kleine Spalt- oder Spielmaße möglich sind.
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Das innere Zahnrad 2 ist auf der Antriebswelle 1 durch den kurzen Bund 11 geführt. Dies hat den Vorteil, dass kleine Winkeltoleranzen zwischen Zahnrad 2 und Welle 1 nicht zu einem Klemmen des Zahnrades 2 im Gehäuse ZG führen. Das Drehmoment zum Zahnrad 2 wird über einen Mitnehmer 10 übertragen. Dieses Drehmoment wird auch vom Arretierungsbolzen 9 auf die Wandung bzw. den Flansch 18 übertragen. Stirnseitig wirken sowohl Saug- als auch Druckanschlüsse mit Dichtungen, welche mit dem Hydraulikgehäuse HCU verbunden sind.
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Die Außenscheibe 7.2 ist mit einer Dichtung 14 zum Hydraulikgehäuse HCU versehen. Zusätzlich wirken die Wellendichtungen 13.1 und 13.2. Die Antriebswelle 1 besitzt noch einen Wellenzapfen 8, welcher zur Montage des Pumpengehäuses ZG, s. 8, benötigt wird. Zur Reduzierung der Reibung infolge der Druckkräfte auf den Innenzahnkranz 3 kann zwischen diesem und dem Außenring 4 ein Wälzlager, Nadel- oder Kugellager 17a, siehe 2, eingebaut werden.
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Die 1a zeigt die Zahnradpumpe Z im Schnitt. Eine wichtige Rolle für die Dichtungsfunktion kommt der sogenannten Sichel 5 zu, welche hier einteilig mit Mittenlagerung 6 ausgeführt ist. Hierbei wirken auf die Sichel 5 die Druckkräfte der umschlossenen Flächen. Die Sichel 5 ist hier auf einem Zapfen 6 mittig gelagert, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. In der 1a sind auch die Anschlüsse für das Ansaugen S und der Druckausgang mit Druck P mit Drehrichtung eingezeichnet. Selbstverständlich ändert sich die Strömungsrichtung, sobald das Zahnrad 2 in die andere Richtung dreht, wodurch die Ansaugseite S zum Druckausgang P und umgekehrt wird.
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Wie in 1c dargestellt, ist es auch möglich, die Sichel 5 durch eine beidseitige Fixierung 6a, 6b ohne Welle mit Ausgleichsfeder zweiteilig auszugestalten, wodurch sich eine noch bessere Dichtfunktion ergibt. Hierbei kann der Druckausgleich durch Aussparungen auf der Sichel 5 und auch axial zu den Außenscheiben 7.1 und 7.2 optimiert werden.
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Es kann auch anstelle der Innenzahnradpumpe eine Zahnringpumpe eingesetzt werden, welche keine Sichel und einen feststehenden Innenzahnkranz aufweist. Das innere Zahnrad ist dabei auf einem von der Antriebswelle angetriebenem Exzenter außermittig gelagert und rollt in dem feststehenden Innenzahnkranz ab. Als Verzahnung wird eine Trochoidenverzahnung bevorzugt. Das Lecköl muss über Leckflußkanal zu S abgeleitet werden, um die Dichtungen zu entlasten.
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Die 2 zeigt denselben Aufbau der Zahnradpumpe Z gemäß 1, mit dem Unterschied einer beidseitigen Gleitlagerung 16 der Antriebswelle 1 in den beiden Außenscheiben 7.1 und 7.2. Damit entfällt die getrennte Motorlagerung, wie sie z.B. in den 6 und 6a dargestellt sind. Die Leckölkanäle 15 sind hier modifiziert.
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Die 3 zeigt ebenfalls den ähnlichen Aufbau der Druckversorgungseinrichtung gemäß der 1 und 2, mit dem Unterschied des Einsatzes von Wälzlager 17 zur Minimierung der Lagerreibung. Zudem sind die Außenscheibe 7.1 und der Außenring 4 durch das Teil 7.1b ersetzt, welches topfförmig ist und das innere Zahnrad 2 sowie den Innenzahnkranz 3 aufnimmt. Bei dieser Ausbildung ist lediglich eine Schweißnaht LS erforderlich, welche das Teil 7.1b und die Außenscheibe 7.2 stoffschlüssig verbindet.
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Die 4 zeigt eine 2-stufige Innenzahnradpumpe. Diese Pumpe verwendet dieselben Elemente, wie Antriebswelle 1, Inneres Zahnrad 2, Innenzahnkranz 3, Führungsteil (Sichel) 5, Fixierungen 6 und 6a., Mitnehmer 10, Außenring 4, wobei alle diese Teile doppelt vorgesehen sind.
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Der zusätzliche Unterschied liegt im Saugkanal S und in der Baulänge und der Mittelscheibe 19, welche auch einen Kanal vom P-Ausgang der 1. Stufe hin zum Saugkanal der 2. Stufe beinhaltet.
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Auch hier ist eine zusätzliche Motorlagerung im Antriebsgehäuse notwendig gegenüber der Druckversorgungseinrichtung gemäß 5, welche im Prinzip der Lagerung von 2 entspricht und keine zusätzliche Motorlagerung erfordert.
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Die 6 zeigt eine Darstellung der gesamten Baueinheit bestehend aus Motor 22, Pumpe Z, HCU und ECU, welche in der Lage ist, die Druckregelung und Steuerung für Systeme wie z.B. Bremse, Getriebe usw. auszuüben. Hierbei soll im Wesentlichen die Kombination Motor mit Pumpe dargestellt werden. Im Lagerflansch 18 ist, wie in den 1 bis 5 gezeigt, die Pumpe angeordnet oder in einem separaten Pumpengehäuse 40, wie es in der oberen Bildhälfte dargestellt ist an HCU oder ECU befestigt. In 6 ist die einfachste Version entsprechend 1 gezeigt, welche ein zusätzliches Motorlager 20 benötigt, in welchem die Welle 1 gelagert ist. Der Motor setzt sich wie üblich zusammen aus Rotor 21, welcher über den Mitnehmer 10a mit der Welle 1 verbunden ist. Der Rotor 21 wird über einen Permanentmagneten im Gehäuse 30 durch seine Kraft axial vorgespannt. Dies ist eine Lösung für den Motorhersteller, welcher Motor mit Gehäuse 22 und Stator und Wicklung 23 fertigt, prüft und an den Systemlieferanten zuliefert. Hierbei wird der Motor ohne Pumpe mit einer Hilfswelle geprüft. Danach wird bei Ausbau der Welle der Rotor durch die axiale Magnetkraft zentriert, so dass anschließend bei der Endmontage die Welle 1 mit dem Rotor zusammengebaut werden kann. Das Antriebsgehäuse muss hier zusätzlich mit dem Flansch 18 bei 25a - in der unteren Bildhälfte dargestellt - zusammengefügt und befestigt werden, z. B. mit Federn, welche segmentförmig über drei Verbindungen aufgesteckt werden. Hierbei ist auch eine Gehäusedichtung 31 notwendig. Die Befestigung kann durch Verstemmen, bei 25 von Motorflansch mit HCU oder ECU, siehe obere Bildhälfte 28, erfolgen. Hier ist die Version Pumpe mit Pumpengehäuse dargestellt. Der Motor ist hier als bürstenloser Motor dargestellt, der einen Motorsensor für die Kommutierung und Steuerung der Volumenförderung der Pumpe braucht. Dieser Motorsensor ist entfernt vom Antriebsgehäuse 22 angeordnet, wobei eine Sensorwelle 26, welche an der Antriebswelle 1 angeordnet bzw. befestigt ist, ein Sensortarget 27 trägt. Dieses Target 27 wirkt auf das Sensorelement 28, welches auf der Leiterplatte der ECU angeordnet ist. Die Wicklung ist über Kontaktschienen 24 mit der ECU verbunden.
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Der Motor mit Lagerflansch 18 kann direkt mit dem Hydraulikgehäuse HCU, welches Ventile oder sonstige hydr. Komponenten beinhaltet, mit der Pumpe verbunden werden. Wenn dies nicht der Fall ist, so bietet sich eine Verbindung des Antriebsgehäuses 22, 18 direkt mit dem Gehäuse der ECU an.
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Es ist ebenso möglich, die Zahnradpumpe Z in einem Pumpengehäuse 40 anzuordnen, welches direkt mit Hydraulikgehäuse HCU verbunden wird, wie es in 6 in der oberen Hälfte der Antriebswelle 1 dargestellt ist. Vor dem Zusammenbau von Pumpengehäuse 40 und Hydraulikgehäuse HCU bzw. Pumpengehäuse 40 und ECU wird zunächst die Zahnradpumpe Z im Pumpengehäuse 40 integriert bzw. montiert, wobei anschließend der Rotor 21 auf die Welle 1 aufgepresst und anschließend mit dem Lager 20 zusammengebaut wird. Hierbei kann die Zugkraft des Magneten 30 zusätzlich auf den Rotor 21 und das Lager 20 wirken, womit das Lager wie ein Vierpunktlager wirkt. Damit ist das Motorgehäuse 22 mit der Zahnradpumpe Z und deren Pumpengehäuse 40 verbunden und kann im nächsten Schritt mit dem Hydraulikgehäuse HCU bzw. dem Elektronikgehäuse ECU verbunden werden. Dazu wird die Befestigungsschraube 41 verwendet. Die Welle 1 ist zuvor in den Außenscheiben 7.1 und 7.2 zentriert, so dass das Pumpengehäuse 40 vor der Verschraubung mit dem Hydraulikgehäuse HCU bzw. dem Elektronikgehäuse ECU mit der Welle 1 zentriert ist.
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Die Druckversorgungseinrichtung gemäß 6a verwendet eine 2-stufige Pumpe mit langer Gleit- oder Wälzlagerung entsprechend 2, 3 und 5, welche keine getrennte Motorlagerung erfordert. Dementsprechend ist der Motoraufbau mit Gehäuse vereinfacht. Der Rotor 21 sitzt mit Mitnehmer 10a auf der Motorwelle und ist axial mit dem Sicherungsring verbunden. Das Pumpengehäuse ragt hier etwas in die HCU hinein.
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Die
7 zeigt eine 1-Stufen Zahnradpumpe mit einem Bürstengleichstrommotor, welcher der
DE 102013217257 entnommen ist. Anstelle der sogenannten Kolbenrückförderpumpe für ABS ist nun die erfindungsgemäße Zahnradpumpe eingesetzt. Diese kann den Ausführungsformen gemäß der
1,
2 und
3 entsprechen. Gezeichnet ist die
1 mit Antriebswelle
1, innerem Zahnrad
2, Innenzahnkranz
3 und den verschweißten Scheiben
7.1,
7.2 mit Außenring
4. Entsprechend einer Pumpenversion wie in
2,
3 und
6a gezeichnet, kann auch auf ein Motorlager verzichtet werden.
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Die 7a zeigt den Anlieferungszustand vom Motorhersteller ohne Zahnradpumpe, nur mit Antriebswelle 1. Für die Endprüfung ist die Welle 1 im Lagerflansch 18 gelagert.
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Die 8 zeigt die Montagevorrichtung zum Schweißen der Scheiben 7.1 und 7.2 zusammen mit Außenring 4. Hierzu wird eine Hülse 37 über die Antriebswelle geschoben und mit dem Sicherungsring axial fixiert. Danach werden über die Zentrierhülse 35 die Scheiben 7.1, 7.2 und Außenring zentriert. Auf der Gegenseite werden mit der Mutter 34 über die Montagescheibe 33 die Scheiben 7.1, 7.2 mit dem Außenring axial zusammengespannt. Nach Entfernung der Zentrierhülse kann dann vorzugsweise lasergeschweißt LS werden. Hierzu wird die Hülse drehbar eingespannt. Wie 1b zeigt, ist der Durchmesser der Schweißung kleiner, so dass die spätere Montage in den Flansch nicht behindert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebswelle
- 1b
- Ende der Antriebswelle
- 2
- Innenrad (Zahnring)
- 3
- Innenzahnkranz
- 4
- Außenring
- 5
- Führungsteil (Sichel)
- 5a
- 2-teilige Sichel
- 5b
- Ausgleichsfeder
- 6
- Fixierung der Sichel
- 6a
- Fixierung alternativ
- 7.1
- Außenscheibe 1
- 7.2
- Außenscheibe 2
- 8
- Gewindezapfen
- 9
- Verdrehsicherung
- 10
- Mitnehmer
- 10a
- Mitnehmer zum Rotor
- 11
- Führungsband
- 12
- Wellen
- 13.1
- Dichtung
- 13.2
- Dichtung
- 14
- Dichtung Außenscheibe
- 15
- Leckflußkanal
- 16
- Gleitlager
- 17
- Wälzlager
- 17a
- Wälzlager
- 18
- Wandung des Antriebsgehäuses, welche als erstes Gehäuseteil des Motorgehäuses, insbesondere als Lagerflansch oder Seitenwandung, ausgebildet ist
- 18b
- Ausnehmung in der Seitenwandung
- 18f
- fensterartige Ausnehmung für Antriebswelle
- 18k
- Kanal
- 19
- Mittelscheibe
- 20
- Motorlager
- 21
- Rotor
- 21a
- Stator
- 22
- Motorgehäuse
- 23
- Motorwicklung
- 24
- Motorkontaktierung
- 25
- Gehäusebefestigung
- 25a
- alternative Gehäusebefestigung
- 26
- Sensorwelle
- 27
- Target
- 28
- Sensorelement auf Leiterplatte
- 29
- Sicherungsring
- 30
- Gehäuse mit Magnet
- 31
- Gehäusedichtung
- 32
- Bürstengleichstrommotor
- 33
- Montagescheibe
- 34
- Mutter
- 35
- Zentrierhülse
- 36
- Momentenabstützung
- 37
- Hülse
- 38
- Sicherungsring
- 39
- Wälzlager
- 40
- Pumpengehäuse
- 41
- Befestigungsschraube
- 45
- Seitenwandung des Hydraulikgehäuses
- 46
- Ausnehmung in der Seitenwandung 46 des Hydraulikgehäuses
- 48
- Kanal für elektrische Leitungen
- B
- Axiale Breite des inneren Zahnrades 2
- D
- Dichtung
- S
- Sauganschluss mit Dichtung
- P
- Druckanschluss mit Dichtung
- LS
- Laserschweißung
- HCU
- Hydraulikblock
- HCUS1
- dem Antriebsgehäuse zugewandte Seite des Hydraulikgehäuses
- HCUS2
- dem Elektronikgehäuse zugewandte Seite des Hydraulikgehäuses
- ECU
- elektronische Steuereinheit
- Sa, Pa
- Mündungsöffnungen der Kanäle S und P
- Z
- Zahnradpumpe
- ZG
- Zahnradpumpengehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017106927 A [0002]
- WO 0142069 [0003]
- DE 4113373 [0004]
- WO 2012/103925 [0005]
- DE 102014212538 [0005]
- DE 102014117189 [0005]
- DE 102013217257 [0056]
