DE3521284C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenpumpe für Flüssigkeiten mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Eine solche Pumpe ist aus der DE-AS 11 69 297 bekannt. Als Elektromotor wird dort ein herkömmlicher Bürstenmotor verwen­ det. Eine solche Pumpe hat infolge der Verwendung eines sol­ chen Bürstenmotors folgende Nachteile:

• a) Der Schleifkontakt im Bürstenmotor vermindert das Drehmo­ ment an der Welle;
• b) der Schleifkontakt nutzt die Bürsten ab, wodurch deren Lebensdauer verringert wird;
• c) an den Bürsten hervorgerufene Funken können unerwünschte Folgen haben, wie elektromagnetische Störungen in elek­ tronischen Einrichtungen von Kraftfahrzeugen, z. B. in der Steuerschaltung für die elektronische Einspritzung;
• d) wegen der Gefahren von Funkenbildung ist diese Pumpe nicht überall einsetzbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine solche Pumpe einen störungs- und verschleißfreien Antrieb zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Doppelanordnung des Motors wird gleichzeitig die Leistung der Pumpe beträchtlich erhöht.

Ein Motor der hier verwendeten Art ist aus der DE-OS 25 27 744 als Antrieb eines Kompressors einer Klimaanlage eines Kraft­ fahrzeugs an sich bekannt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt des Ausführungsbeispiels der Er­ findung,

Fig. 2 den Schnitt II-II in Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III in Fig. 1,

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild einer Treiberschaltung.

Fig. 1 zeigt eine Pumpenvorrichtung 1 gemäß der Erfindung, die als Rotationskolbenpumpe eine Flügelzellenpumpe 5 aufweist, die einen an einer drehbaren Welle 3 befestigten Rotor 4 ent­ hält und die in einer Pumpenkammer 2 untergebracht ist. Ferner sind zwei bürstenlose Motoren 6 a, 6 b mit den entgegengesetzten Enden der Welle 3 der Flügelzellenpumpe 5 gekoppelt. Außerdem ist eine Treiberschaltung 7 für den Antrieb der bürstenlosen Motoren 6 a, 6 b vorgesehen. Alle diese Bauteile sind innerhalb eines Pumpengehäuses 8 installiert.

Das Gehäuse 8 besteht im wesentlichen aus einem zylindri­ schen Gehäusekörper 9, aus einem Paar von Stirn- bzw. Endplat­ ten 10 a, 10 b, welche die beiden Enden des Gehäusekörpers 9 verschließen, und einer unteren zylindrischen Abdeckung 11, welche die Stirnplatte 10 a abdeckt. Der Gehäusekörper 9 weist einen radial nach innen verlaufenden integralen Flansch 12 auf, der im axialen mittleren Teil der Innenfläche des Kör­ pers 9 ringförmig verläuft. Der Flansch 12 und die in eine Bohrung eingepreßten Platten 13 a, 13 b bilden eine zum Gehäu­ se 8 exzentrische Pumpenkammer 2. Der Rotor der Flügelzellen­ pumpe 5 ist in der Pumpenkammer 2 angeordnet und an der dreh­ baren Welle 3 befestigt. Die Welle 3 verläuft koaxial zu dem Gehäuse 8; sie ist in den Platten 13 a, 13 b drehbar gelagert. Die axialen Endflächen des Rotors 4 befinden sich in Gleit­ kontakt mit den Platten 13 a, 13 b. Der Innenflansch 12 des Ge­ häusekörpers 9 weist eine Einlaßöffnung 14 und eine Auslaß­ öffnung 15 auf; diese Öffnungen sind in die Innenseitenflä­ chen der Pumpenkammer 2 an verschiedenen Stellen längs des Kammerumfangs eingeschnitten. Mit den Einlaß- und Auslaßöff­ nungen 14, 15 sind Einlaß- und Auslaßkanäle 16 bzw. 17 ver­ bunden, die in dem Gehäusekörper 9 gebildet sind und die schematisch in Fig. 2 veranschaulicht sind. Ein Verbindungs­ rohr 18 ist mit den Durchgängen 16 und 17 an einer mittleren Stelle verbunden. Das Verbindungsrohr 18 weist ein Rückschlag­ ventil 19 auf.

Mehrere Schlitze 20 (in Fig. 2 sind vier dargestellt) sind axial in den Rotor 4 von dessen einer Endfläche zu dessen an­ derer Endfläche eingeschnitten. Die vier Schlitze 20 sind äquidistant um den Rotorumfang herum angeordnet, und sie sind zu der Außenumfangsfläche des Rotors 4 hin offen. Die Schlitze 20 sind im Querschnitt rechtwinklig zueinander angeordnet.

Ein Flügel 21 ist in jedem Schlitz 20 gleitbar aufgenommen. Wenn die rotierende Welle 3 und der Rotor 4 sich zu drehen be­ ginnen, rotieren die Flügel 21 mit dem Rotor, wobei sie an der Innenumfangsfläche der Pumpenkammer 2 gleiten. Dadurch wird das Fluid in die Pumpenkammer 2 von der Einlaßöffnung 14 ein­ geführt, und außerdem wird das Fluid an der Auslaßöffnung 15 abgeführt.

Eine Ausnehmung 22 in der Stirnfläche des Rotors 4 hat die Funktion, eine Verbindung herzustellen zwischen dem Boden des Schlitzes 20, wenn dessen Flügel 21 sich im Saughub befindet, mit dem Boden des benachbarten Schlitzes 20, wenn dessen Flü­ gel 21 sich im Druckhub befindet. Infolgedessen wird der Flü­ gel 21 im Saughub durch den rückwärtigen Fluiddruck nach außen gedrückt, der erzeugt wird, wenn der benachbarte Flügel 21 im Druckhub in den Schlitz 20 gedrückt wird. Dadurch ist ein zu­ verlässiger Gleitkontakt zwischen dem Flügel und der Innen­ wand der Pumpenkammer 2 sichergestellt. Die Ausnehmung 22 ent­ lastet außerdem den Gegendruck auf den Flügel 21 im Druckhub, so daß dadurch eine übermäßig hohe Kraft auf den Flügel 21 im Druckhub vermieden wird.

Der Gehäusekörper 9 und die Endplatten 10 a, 10 b bilden Motor­ kammern 23 a, 23 b, die beiderseits der Flügelzellenpumpe 5 an­ geordnet sind. In den Motorkammern 23 a, 23 b sind bürstenlose Motoren 6 a, 6 b installiert, die beide gleichen Aufbau haben. Im Zuge der folgenden Beschreibung wird lediglich der Aufbau des bürstenlosen Motors 6 a im einzelnen mit dem Zusatz "a" für die Komponenten beschrieben. Der Aufbau des anderen bürsten­ losen Motors 6 b ist in der Zeichnung veranschaulicht, wobei der Zusatz "b" für die entsprechenden Komponenten verwendet ist.

Nunmehr sei auf Fig. 3 Bezug genommen, gemäß der der bür­ stenlose Motor 6 a aus einem Stator 25 a und einem Rotor 27 a besteht. Der Stator 25 a ist koaxial zu der drehbaren Welle 3 an der Endplatte 10 a befestigt; er weist mehrere Phasenwick­ lungen 24 a auf (in dieser Ausführungsform für zwei Phasen, vier Pole), die auf den betreffenden Stator 25 a so gewickelt sind, daß in Umfangsrichtung zwischen den Wicklungen Abstän­ de vorgesehen sind. Der Rotor 27 a weist einen Permanentmagne­ ten 26 a auf, der beispielsweise sechs Pole aufweist, die den Stator 25 a umgeben; er ist am Ende der Welle 3 befestigt.

Der Stator 25 a ist an einem Ankerbolzen 28 a befestigt, der koaxial zu der drehbaren Welle 3 von der Innenfläche der End­ platte 10 a absteht. Der Rotor 27 a besteht aus einem Zylinder mit einem geschlossenen Boden, und der Permanentmagnet 26 a ist ringförmig und an der Innenseite des Zylinders befestigt; er umgibt den Stator 25 a. Der Permanentmagnet 26 a und der Stator 25 a sind so angeordnet, daß die Mitte ma der axialen Länge des Permanentmagneten 26 a nicht mit der Mitte 1 a der axialen Länge des Stators 25 a koinzidiert, sondern von dieser abweicht. Die relativen Positionen des Permanentmagneten 26 a und des Stators 25 a sind insbesondere so, daß die Mitte ma des Permanentmagne­ ten 26 a axial näher bei der Flügelzellenpumpe 5 liegt als die Mitte 1 a des Stators 25 a.

Bei dem anderen bürstenlosen Motor 6 b sind die relativen Po­ sitionen des Permanentmagneten 26 b und des Stators 25 b so, daß die Mitte mb des Permanentmagneten 26 b axial weiter von der Flügelpumpe 5 entfernt ist als die Mitte 1 b des Stators 25 b.

Die Anordnung, bei der die Mitte ma, mb der axialen Länge der Permanentmagneten 26 a, 26 b axial in derselben Richtung gegen­ über den Mitten 1 a, 1 b der Statoren 25 a, 25 b verschoben sind, eliminiert die Neigung der Rotoren 27 a, 27 b, sich mit Schwan­ kung in der axialen Richtung während des Betriebs zu bewegen. Da die Magneten 26 a, 26 b durch die magnetische Anziehung zu den Statoren 25 a, 25 b hin gezogen werden, bedeutet dies, daß die Rotoren 27 a, 27 b nach unten gezogen werden, wenn man die Anordnung gemäß Fig. 1 betrachtet, und zwar längs der Achse der Welle 3. Dadurch ist eine axiale Schwingbewegung der Ro­ toren 27 a, 27 b und somit eine axiale Schwingbewegung des Ro­ tors 4 vermieden. Dies verhindert nachteilige Auswirkungen, wie eine pulsierende Fluidabgabe, die sonst durch die Schwing­ bewegung des Rotors 4 auftreten könnte.

Die Rotoren 27 a, 27 b der bürstenlosen Motoren 6 a, 6 b sind beide am jeweiligen Ende der rotierenden Welle 3 befestigt, weshalb die relative Umfangsposition der Pole zwischen den Permanentmagneten 26 a, 26 b konstant gehalten wird.

Die Endplatte 10 a und die Abdeckung 11 begrenzen eine Schal­ tungskammer 29, in der eine Treiberschaltung 7 für die Steue­ rung der bürstenlosen Motoren 26 a, 26 b, Poldetektoren 30 a, 30 b zur Ermittlung der Position der Magnetpole der Permanentmagne­ ten 26 a, 26 b in den bürstenlosen Motoren 6 a, 6 b und eine Si­ cherheitsschaltung 31 für die Treiberschaltung 7 installiert sind. Die Treiberschaltung 7 sowie die Sicherheitsschaltung 31 sind auf einer an der Innenplatte 10 a befestigten gedruckten Schaltungsplatte 32 angeordnet. Der Poldetektor 30 a ist an der Endplatte 10 a vorgesehen, um die Position der Magnetpole des Permanentmagneten 26 a in dem bürstenlosen Motor 6 a zu ermit­ teln.

Der Poldetektor 30 b ermittelt die Position der Pole des Perma­ nentmagneten 26 b in dem anderen bürstenlosen Motor 6 b, er ist an der Endplatte 10 a an einer anderen Stelle angebracht als der Poldetektor 30 a. Der Grund hierfür liegt darin, daß es möglich ist, die Polposition des Permanentmagneten 26 b dadurch zu bestimmen, daß die Polposition des anderen Magneten 26 a er­ mittelt wird, da die relative Polposition zwischen den Magne­ ten 26 a und 26 b konstant ist.

Gemäß Fig. 4 weist die Treiberschaltung 7 erste und zweite Ansteuereinheiten 33, 34 gleichen Aufbaus auf. Die erste An­ steuereinheit 33 speist Wicklungen 24 a 1, 24 b 1 einer Phase in den bürstenlosen Motoren 6 a, 6 b, und zwar in Übereinstimmung mit dem Magnetpol-Detektorsignal von dem Poldetektor 30 a. Die zweite Ansteuereinheit 34 speist Wicklungen 24 a 2, 24 b 2 der an­ deren Phase in den beiden bürstenlosen Motoren 6 a, 6 b, und zwar in Übereinstimmung mit dem Magnetpol-Detektorsignal von dem anderen Poldetektor 30 b.

Die erste Ansteuereinheit 33 umfaßt einen Komparator 35, einen Verstärker 36 und vier Transistoren 37, 38, 39, 40. Das Detek­ torsignal von dem Poldetektor 30 a wird dem Komparator 35 zuge­ führt. Zwei Reihenschaltungen, deren eine aus den Transistoren 37 und 38 und deren andere aus den Transistoren 39, 40 be­ steht, sind zwischen dem Anschluß 41 der Speisespannungsquelle und Erde bzw. Masse parallel geschaltet. Der Ausgang des Kompa­ rators 35 ist mit den Basen der Transistoren 38, 39 und über den Verstärker 36 mit den Basen der Transistoren 37, 40 ver­ bunden. Die Wicklungen 24 a 1 und 24 b 1 sind zwischen den Tran­ sistoren 37 und 38 bzw. zwischen den Transistoren 39 und 40 parallel geschaltet.

Die zweite Ansteuereinheit 34 umfaßt wie die erste Ansteuer­ einheit 33 einen Komparator 35, einen Verstärker 36 und vier Transistoren 37, 38, 39, 40. Die Detektorsignale des Polde­ tektors 30 b werden dem Komparator 35 zugeführt. Wicklungen 24 a 2, 24 b 2 sind zwischen den Transistoren 37 und 38 bzw. zwi­ schen den Transistoren 39 und 40 parallel geschaltet.

In der Treiberschaltung 7 werden auf die Detektion eines Magnetpols durch den einen Poldetektor 30 a hin die Transi­ storen 37, 40 der ersten Ansteuereinheit 33 leitend, wodurch die Wicklungen 24 a 1, 24 b 1 gespeist werden. Wenn der andere Poldetektor 30 b den Magnetpol ermittelt, werden die Transi­ storen 37, 40 der zweiten Ansteuereinheit 34 leitend, wo­ durch die Wicklungen 24 a 2, 24 b 2 gespeist werden. Auf diese Weise führt die einzige Treiberschaltung 7 die synchrone An­ steuerung der beiden bürstenlosen Motoren 6 a, 6 b mit der­ selben Phase durch.

Anschließend wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform be­ schrieben. Wenn die Treiberschaltung 7 die beiden Wicklungen bzw. Spulen 24 a, 24 b mit derselben Phase synchron speist, wird ein Drehmoment auf die Rotoren 27 a, 27 b ausgeübt. Da sich die Rotoren 27 a, 27 b mit der Welle 3 drehen, beginnt die Flügel­ zellenpumpe 5 zu arbeiten, wodurch ein Fluid, wie ein Kraft­ stoff, in die Pumpenkammer 2 von dem Einlaßkanal 16 eingesaugt wird und wodurch Kraftstoff von dem Auslaßkanal 17 kontinuier­ lich abgegeben wird.

Bei einer derartigen Pumpenvorrichtung 1 wird die Flügelzel­ lenpumpe 5 von den bürstenlosen Motoren 6 a, 6 b an ihren bei­ den Seiten angetrieben, wodurch das Antriebsdrehmoment der Pumpe hoch ist. Dadurch ist es möglich, den Abgabedruck der Pumpe zu erhöhen.

Claims (12)

1. Rotationskolbenpumpe für Flüssigkeiten, insbesondere für die Kraftstoffzuführung von Verbrennungsmotoren in Kraft­ fahrzeugen, mit einem Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß und einer Pumpenkammer, die einen mit einer Welle verbundenen Rotor aufnimmt, insbesondere Flügelzellen­ pumpe mit einem zu der zylindrischen Pumpenkammer exzen­ trisch versetzten Rotor mit Schlitzen zur radial ver­ schieblichen Aufnahme von Flügeln, die mit der Innenwand der Pumpenkammer in Berührung stehen, sowie mit elektro­ motorischem Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb aus zwei mit je einem Ende der Welle (3) gekoppelten bürstenlosen, durch eine Treiberschaltung (7) elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren (6 a, 6 b) besteht.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (8, 9) ein innerer Flansch (12) zwei Mo­ torkammern (23 a, 23 b) voneinander trennt.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Stator und Rotor eines jeden Motors (6 a, 6 b) in der gleichen Richtung axial zueinander versetzt sind, um auf die Welle (3) eine axiale Kraft aufzubringen, die deren axialer Verschiebung während der Rotation entgegengesetzt ist.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (7) der Motoren (6 a, 6 b) in eine Schaltungskammer (29) des Gehäuses (8, 9) eingebaut ist.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Treiberschaltung (7) zwei Poldetektoren (30 a, 30 b) verbunden sind.

6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stator (25 a, 25 b) Wicklungen (24 a, 24 b) trägt und daß die Rotoren (27 a, 27 b) ihre Statoren ringförmig umgeben und Permanentmagnete (26 a, 26 b) aufweisen.

7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (7) eine Stromquelle und eine erste und eine zweite Ansteuereinheit (33, 34) enthält, die mit der Stromquelle und den Wicklungen (24 a, 24 b) sowie mit den Poldetektoren (30 a, 30 b) verbunden sind, um die Motore gemäß den Signalen der Poldetektoren (30 a, 30 b) anzusteuern.

8. Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberschaltung (7) für jeden Motor (6 a, 6 b) und dessen Poldetektor (30 a, 30 b) einen Komparator (35) ent­ hält, der mit dem Poldetektor (30 a, 30 b) verbunden ist, sowie Brückenschaltungen, die mit dem Komparator (35) ver­ bunden sind, um die Stromquelle gemäß den Signalen der Poldetektoren (30 a, 30 b) mit den Wicklungen (24 a 1, 24 b 1, 24 a 2, 24 b 2) des Stators (25 a, 25 b) zu verbinden.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltungen Paare von Transistoren (37, 38, 39, 40) enthalten, die mit entsprechenden Paaren von Wick­ lungen (24 a 1, 24 b 1, 24 a 2, 24 b 2) des Stators (25 a, 25 b) verbunden sind.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (36) mit dem Komparator (35), ein Paar Transistoren (38, 39) mit dem Ausgang des Komparators (35) und das andere Paar Transistoren (37, 40) mit dem Ausgang des Verstärkers (36) verbunden sind.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Poldetektor (30 a, 30 b) mit zwei Paaren von Tran­ sistoren und die Transistoren-Paare jedes Poldetektors (30 a, 30 b) mit den Wicklungen (24 a 1, 24 b 1, 24 a 2, 24 b 2) des Stators (25 a, 25 b) verbunden sind.

12. Pumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (24 a 1, 24 b 1, 24 a 2, 24 b 2) jedes Stators (25 a, 25 b) mehrphasig sind und die Wicklungen jeder Phase in den beiden Statoren (25 a, 25 b) parallel zu den Transi­ storen-Paaren eines entsprechenden Poldetektors (30 a, 30 b) angeschlossen sind.