DE4300512B4

DE4300512B4 - Antrieb für eine Kraftstoffpumpe von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE4300512B4
Application number: DE4300512A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christian Fickel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-01-12
Filing date: 1993-01-12
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2013-01-13
Also published as: DE4300512A1

Abstract

Kraftstoff-Pumpe, die innerhalb des insbesondere eine kryogene Flüssigkeit enthaltenden Tanks eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und die einen in einem Zylinder (24, 47) hin- und herbewegbaren Kolben (23, 46) sowie einen Antrieb hierfür aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (23, 46) mit einer Spindel (19, 36) verbunden ist, die in einem Gehäuse (3, 32) längsverschiebbar gelagert und von einem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor (4, 33), der gleichfalls in dem Gehäuse (3, 32) angeordnet ist, antreibbar ist, wobei die Spindel (19, 36) zumindest eine schraubenförmig verlaufende Rille (21, 43) aufweist, in der mehrere Wälzkörper (18, 41) geführt sind, so dass ein Schraubspindel-Antrieb für den Kolben (23, 46) vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Pumpe, die innerhalb des insbesondere eine kryogene Flüssigkeit enthaltenden Tanks eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und die einen in einem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben sowie einen Antrieb hierfür aufweist.

Aus der DE 39 07 728 A1 ist eine Flüssiggaspumpe bekannt, die insbesondere als fahrzeugtaugliche Flüssiggaspumpe für kryogenen Wasserstoff eingesetzt wird. Bei dieser Flüssiggaspumpe ist als Wärmepuffer zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse ein Gasfilm vorgesehen. Die Hubbewegung des Kolbens erfolgt über einen Exzenter.

An eine Kraftstoffpumpe, insbesondere an eine solche für eine kryogene Flüssigkeit kann die Anforderung gestellt sein, möglichst wenig Wärme zu erzeugen. Dies ist grundsätzlich dadurch möglich, indem ein den Kraftstoff fördernder, hin- und her bewegbarer Kolben in geeigneter Weise bezüglich eines Antriebs für diese Bewegung angeordnet ist, so bspw. mit ausreichendem Abstand.

In diesem Sinne aus den grundsätzlich bekannten Pumpen- oder Verdichterantriebs-Prinzipien ein geeignetes auszuwählen und dieses auch hinsichtlich des benötigten Bauraums vorteilhaft zu gestalten, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mit einer Spindel verbunden ist, die in einem Gehäuse längsverschiebbar gelagert und von einem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor, der gleichfalls in dem Gehäuse angeordnet ist, antreibbar ist, wobei die Spindel zumindest eine schraubenförmig verlaufende Rille aufweist, in der mehrere Wälzkörper geführt sind, so dass ein Schraubspindel-Antrieb für den Kolben vorliegt.

Zwar sind Schraubspindel-Antriebe grundsätzlich bekannt, so bspw. aus dem japanischen Patent-Abstract JP-1008368 A jedoch handelt es sich hierbei weder um eine innerhalb eines Kraftstofftanks angeordnete Kraftstoffpumpe, noch ist der Elektromotor zusammen mit der Spindel im Gehäuse gelagert, so das hier ein relativ großer Bauraumbedarf vorliegt. Auch eine in der US-2508253 A gezeigte Kompressoreinheit erfüllt das letztgenannte Kriterium nicht, wobei dieser bekannte Spindeltrieb nur einen Wälzkörper enthält und somit an anderer Stelle eine aufwändige Lagerung benötigt.

Durch die nun vorgeschlagene Anordnung des Rotors eines Elektromotors auf einer als Mutter dienenden Hülse, wird die durch den Rotor erzeugte Drehbewegung direkt auf die als Schraube wirkende Spindel übertragen, an deren einem Ende der Kolben angeordnet ist. Die Kraftübertragung zwischen der Hülse und der Spindel erfolgt über mehrere Kugeln, die in entsprechenden umlaufenden Rillen angeordnet sind, wobei die Rillen zum einen auf der Innenfläche der Hülse und zum anderen auf der Außenfläche der Spindel ausgebildet sind. Die Hülse ist an ihren stirnseitigen Enden jeweils über ein Lager, vorzugsweise ein Wälzlager, in dem Gehäuse des Elektromotors drehbar gelagert. Die Spindel kann über ein Axiallager mit dem Kolben verbunden sein, so dass auf den Kolben nur eine Hubbewegung erfolgt. In einer anderen Ausführungsform ist die Spindel fest mit dem Kolben verbunden und durch eine formschlüssige Verbindung mit dem Gehäuse des Elektromotors axial verschiebbar. Die formschlüssige Verbindung erfolgt vorteilhafter Weise durch eine Paßfeder.

In der zweiten Lösungsvariante ist der Rotor direkt auf der Spindel angeordnet und ein Teil des Gehäuses des Elektromotors dient als Mutter. Um ein Verdrehen des Kolbens zu vermeiden, ist das mit dem Kolben verbundene Ende der Spindel über ein Axiallager an dem Kolben abgestützt. Bei beiden Lösungsvarianten sind die Wicklungen des Rotors und des Stators supraleitend ausgeführt, um eine Wärmeentwicklung zu verhindern. Bei dem Elektromotor handelt es sich vorzugsweise um einen Drehstrommotor ohne Kommutator.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste Lösungsvariante eines Antriebes für eine Kraftstoff-Pumpe und
2 einen Längsschnitt durch eine zweite Lösungsvariante für eine Kraftstoff-Pumpe.
Die 1 zeigt einen Antrieb 1 für eine nur teilweise abgebildete Kraftstoff-Pumpe 2 eines Fahrzeuges. Der Antrieb 1 besteht aus einem in einem Gehäuse 3 angeordneten Elektromotor 4, der einen im Gehäuse 3 gehalterten Stator 5 und einen auf einer Hülse 6 befestigten Rotor 7 aufweist. Der Rotor 7 ist so bemessen, daß zwischen der Außenfläche 9 des Rotors 7 und der Innenfläche 10 des Stators 5 ein Spalt 8 vorliegt. Die Hülse 6 ist in der gezeigten Ausführungsform an ihren stirnseitigen Enden 11 und 12 über jeweils ein Wälzlager 13 und 14 gelagert. An der Innenfläche 15 der rotationssymmetrischen Aussparung 16 der Hülse 6 sind spiralförmig verlaufende Rillen 17 ausgebildet, in denen Kugeln 18 geführt sind. Über die Kugeln 18 steht die als Mutter wirkende Hülse 6 in Eingriff mit einer Spindel 19, die an ihrer Außenfläche 20 ebenfalls Rillen 21 zur Führung der Kugeln 18 aufweist. Neben der Kraftübertragung dienen die Kugeln 18 gleichzeitig zur Lagerung der Spindel 19. Die Spindel 19 ist an ihrem pumpenseitigen Ende 22 mit einem Kolben 23 fest verbunden. Der Kolben 23 ist in einem nur angedeuteten Zylinder 24 über an der Umfangsfläche 25 des Kolbens 23 angeordnete Dichtungen 26 und 27 geführt. Das durch den Rotor 7 auf die Spindel 19 wirkende Drehmoment wird über eine Längsführung 28 zwischen dem Gehäuse 3 und der Spindel 19 abgestützt. In der gezeigten Ausführungsform erfolgt dies vorteilhafterweise über eine Paßfeder 29.
In der 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Antriebes 30 für eine nur teilweise in der 2 abgebil dete Kraftstoff-Pumpe 31 eines Fahrzeuges abgebildet. Der Antrieb 30 besteht aus einem in einem Gehäuse 32 angeordneten Elektromotor 33. Der Elektromotor 33 besteht aus einem im Gehäuse 32 angeordneten Stator 34 und einem an einem Ende 35 einer Spindel 36 aufgewickelten Rotor 37. Das Gehäuse 32 weist in Richtung zur Pumpe 31 einen Abschnitt 38 auf, in dem eine als Mutter wirkende und mit Rillen 39 versehene Aussparung 40 ausgebildet ist. Die Rillen dienen zur Führung von Kugeln 41, die in entsprechende, auf der Außenfläche 42 der Spindel 36 ausgebildete, umlaufende Rillen 43 eingreifen. Das pumpenseitige Ende 44 der Spindel 36 ist über ein Axiallager 45 mit einem Kolben 46 verbunden. Der Kolben 46 ist in einem in der 2 nur angedeuteten Zylinder 47 geführt. Zur Abdichtung sind an der Umfangsfläche 48 des Kolbens 46 Dichtungen 49, 50, 51 vorgesehen. Wie in der ersten Ausführungsform dienen die Kugeln 41 sowohl zur Kraftübertragung als auch zur Lagerung der Spindel 36. Die jeweilige Wicklung des Rotors 7 bzw. 37 und Stators 5 bzw. 34 sind supraleitend ausgeführt, wodurch eine Wärmeentwicklung vermieden ist.
Bei den beiden oben beschriebenen Antrieben 1 und 30 wird die durch den Elektromotor 4, 33 erzeugte Drehbewegung über die Kugeln 18, 41 in eine Hubbewegung des Kolbens 23, 46 umgewandelt. Über die Steigung des Schraubgewindes, die Drehzahl des Rotors sowie über die Anzahl der Drehungen zwischen den Drehrichtungsumkehrungen wird die Hublänge, die Hubgeschwindigkeit sowie die Druckerhöhung des zu fördernden Mediums eingestellt.

Claims

Kraftstoff-Pumpe, die innerhalb des insbesondere eine kryogene Flüssigkeit enthaltenden Tanks eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und die einen in einem Zylinder (24, 47) hin- und herbewegbaren Kolben (23, 46) sowie einen Antrieb hierfür aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (23, 46) mit einer Spindel (19, 36) verbunden ist, die in einem Gehäuse (3, 32) längsverschiebbar gelagert und von einem drehrichtungsumkehrbaren Elektromotor (4, 33), der gleichfalls in dem Gehäuse (3, 32) angeordnet ist, antreibbar ist, wobei die Spindel (19, 36) zumindest eine schraubenförmig verlaufende Rille (21, 43) aufweist, in der mehrere Wälzkörper (18, 41) geführt sind, so dass ein Schraubspindel-Antrieb für den Kolben (23, 46) vorliegt.
Kraftstoff-Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (7) des Elektromotors (4) auf einer im Gehäuse (3) gelagerten Hülse (6) angeordnet ist, die (6) über die Wälzkörper (18) in Eingriff mit der Spindel (19) steht.
Kraftstoff-Pumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (19) durch eine zusätzliche Längsführung (28, 29) nur axial verschiebbar ist.
Kraftstoff-Pumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (19) in der Hülse (6) drehbar ist und daß das pumpenseitige Ende (22) der Spindel (19) drehbar mit dem Kolben (23) verbunden ist.
Kraftstoff-Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (37) des Elekromotors (33) auf der Spindel (36) angeordnet ist, daß in dem Gehäuse (32, 38) eine als Mutter dienende Aussparung (40) vorgesehen ist, die über Wälzkörper (41) in Eingriff mit der Spindel (36) steht und daß das pumpenseitige Ende (44) der Spindel (36) drehbar mit dem Kolben (46) verbunden ist.
Kraftstoff-Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wicklungen des Stators (5, 34) und des Rotors (7, 37) des Elektromotors (4, 33) supraleitend ausgebildet sind.