EP2052157A1 - Innenzahnradpumpe - Google Patents

Innenzahnradpumpe

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Publication number
EP2052157A1
EP2052157A1 EP07787102A EP07787102A EP2052157A1 EP 2052157 A1 EP2052157 A1 EP 2052157A1 EP 07787102 A EP07787102 A EP 07787102A EP 07787102 A EP07787102 A EP 07787102A EP 2052157 A1 EP2052157 A1 EP 2052157A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
toothed ring
internal gear
gear pump
ring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07787102A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stanislaw Bodzak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2052157A1 publication Critical patent/EP2052157A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/008—Prime movers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/10—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with arrangements for protection from ingress, e.g. water or fingers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/086—Carter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • the present invention relates to an internal gear pump for conveying a fluid, preferably fuel in an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • Internal gear pumps for conveying fluids are known from the prior art and have a wide distribution. Internal gear pumps of the kind of interest here can be used for conveying fluids, with pumps of this type being suitable for providing high pressures.
  • An internal gear pump is also preferably used in a low-pressure circuit system for supplying fuel to an internal combustion engine, which is connected to a rotating shaft, to enable the gear pair consisting of the toothed ring and the pinion in a rotational movement.
  • the internal gear pump disclosed herein is suitable for delivering fuel to an internal combustion engine and includes an internally toothed ring gear and an externally toothed pinion gear cooperating with the ring gear to produce a pumping action.
  • the toothed ring and the pinion are integrated in a housing which has at least one suction connection and one pressure connection in order to supply or remove the delivery fluid.
  • the toothed ring is driven by a drive shaft, wherein the drive shaft is connected via an Oldham coupling to this and the rotational movement is driven either by an electric motor or by the internal combustion engine itself by means of the output.
  • the invention includes the technical teaching that an electrically commutated stator is arranged in the housing, which extends concentrically around the toothed ring and cooperates in the manner of an electric motor with a magnetic ring which concentrically surrounds the toothed ring and is rotationally connected thereto, wherein the Magnetic ring with the toothed ring for generating the conveying effect
  • the invention is based on the idea to connect the internal gear pump to create an integral unit with an electric motor. Due to the created according to the principle of the integrated electric motor drive the toothed ring and the Pinion eliminates a supplied from the outside into the housing of the internal gear pump drive shaft. Due to the non-existing drive shaft also eliminates the problem of sealing the rotating shaft in the housing of the internal gear pump.
  • the housing itself has only electrical connections for the electrically or electronically commutatable stator and corresponding fluid connections for the supply or for the delivery of the delivery fluid.
  • the electrically or electronically commutatable stator can be generated by a corresponding control a rotating magnetic field, which sets the magnetic ring in a rotational movement, which may consist of a segmented or formed of a plurality of magnetic segments ring.
  • a usable torque is generated in the magnetic ring, wherein the magnetic ring is rotationally connected to the toothed ring in connection.
  • the toothed ring can be driven by the magnetic ring, so that due to the introduced rotational movement in the toothed ring and the pinion driven therewith, the required pumping action of the internal gear pump can be generated.
  • the magnetic ring is rotatably received in the manner of a sliding bearing in the stator.
  • the magnetic ring is cast in the toothed ring, wherein the toothed ring is rotatably received in the manner of a sliding bearing in the stator.
  • the rotating system of the magnetic ring and the toothed ring can be received within the stator in the housing in the manner of a plain bearing.
  • the corresponding accuracies, i. the required clearance of the journal bearing thus formed be sized so that a high efficiency of the internal gear pump can be achieved by a small clearance. If necessary, the
  • the toothed ring consists of an injection-molded plastic material, so that the magnetic ring itself is injected in the toothed ring or this is overmolded.
  • the toothed ring itself can also be injected inside the magnetic ring.
  • Connection can also be designed as a releasable connection.
  • a releasable connection it is generally advantageous that the radial distance between the magnetic ring and the stator is minimized.
  • the housing of the internal gear pump is designed such that extends between the stator and the magnetic ring in the radial direction a circumferential housing portion, so that the rotating system of magnetic ring and ring gear is mounted in the housing itself.
  • a further embodiment of the present invention provides that the bearing journal is formed integrally with the housing, and the bearing journal and the housing are made of an injection-moldable material comprising a plastic.
  • the housing may for example consist of a polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyamide
  • PA polyethylene terephthalate
  • PBT polybutadiene terephthalate
  • POM polymethacrylate
  • These materials are injection-moldable, so that the inner contour of the housing already forms the final contour in the casting process, and the stator and the pinion and the toothed ring can be inserted into the housing. It is also possible to form the housing from a machined component, with higher accuracies can be achieved. A combination of an injection-molded housing and correspondingly machined functional surfaces can also be provided.
  • connection cover can be introduced, and the housing-open side is closed by means of a connection cover. This results in the advantage that the components of the internal gear pump can be inserted from a mounting direction in the housing.
  • a connection cover is screwed onto the housing, so that all components such as the electrically commutated
  • Electric motor comprising the stator and the magnetic ring, and the components of the internal gear pump, comprising the toothed ring and the pinion, are arranged integrated in the housing.
  • a sealing element is arranged between the housing and the connection cover, which seals the filled with the conveying fluid inside of the housing against this statically.
  • no further dynamic sealing of moving components such as a rotating shaft is required.
  • the sealing element can be designed as a simple O-ring seal or as a flat sealing ring, which is arranged between the connection cover and the housing. Therefore, the internal gear pump according to the present invention is also particularly suitable for aggressive media, since expensive sealing systems are eliminated.
  • connection cover at least one suction connection and at least one
  • Pressure port has to supply or remove the conveying fluid.
  • the connections for the suction port and the pressure port are adjacent to so-called inlet kidneys or drainage kidneys, which are arranged crescent-shaped adjacent to the gear pair of the toothed ring and the pinion.
  • the connections for the pressure connection and the suction connection are located approximately 180 ° apart from each other, and are integrated in the connection cover itself.
  • a further advantageous embodiment of the present invention provides that the stator comprises at least one electric winding, which is brought into operative connection with an electrical control for electrical commutation in order to produce a rotational movement of the magnetic ring and thus of the toothed ring.
  • the control By means of the control, the speed of the magnetic ring and the toothed ring and the torque can be determined. Depending on the required delivery pressure, a correspondingly high torque can be generated, whereas, on the other hand, with a high delivery rate, the rotational speed can be adjusted.
  • the conveying fluid comprises a fuel for an internal combustion engine
  • the internal gear pump is integrated in a low-pressure circuit system to convey the fuel from a fuel tank to a metering unit.
  • the known in these low-pressure circuit systems feed pump is thus designed as an internal gear pump, and sucks the fuel from a tank through a filter and promotes this to a metering unit.
  • pressures of for example 5 to 10 bar are required, so that the internal gear pump can be designed depending on the delivery rate with a delivery rate of, for example, 50 to 100 watts.
  • the inlet and outlet kidneys or the pressure connection and / or the suction connection can also be provided in the housing, and are not limited to an arrangement in the connection cover.
  • Figure 1 shows a first axial section of an internal gear pump with an integrated
  • FIG. 2 shows a further view of a cross section through the internal gear pump according to FIG. 1.
  • the internal gear pump 1 shown in Figure 1 comprises a pair of gears consisting of an internally toothed ring gear 10 and an externally toothed pinion 11.
  • the pinion 11 is arranged eccentrically to the toothed ring 10 on a bearing journal 12 and rotatably received on this. If now the toothed ring 10 is set in rotary motion, then the external toothing of the pinion 11 meshes with the internal toothing of the toothed ring 10 and generates a delivery volume flow of the fluid in which the toothing is running.
  • the toothing of the toothed ring 10 and the pinion 11 is arranged in a housing 13, wherein in accordance with the present embodiment of the bearing pin 12 in one piece, that is formed of the same material with the housing 13.
  • the housing 13 and the bearing pin 12 are made of an injection-moldable plastic material, wherein the housing has a housing-open side for mounting the components of the internal gear pump 1.
  • the toothed ring 10 is rotationally connected to a magnetic ring 15, wherein the magnetic ring 15 extends radially around the toothed ring 10.
  • the toothed ring 10 may be injected into the magnetic ring 15 by means of an injection molding process.
  • the magnetic ring 15 runs in an inner side of a stator 14, which has a
  • Electric winding 20 has. If the electric winding is electrically commutated by a controller, a circulating magnetic field is generated in the stator 14. Due to the rotating magnetic field of the magnetic ring 15 is set in rotation, wherein due to the rotationally fixed connection of the magnetic ring 15 with the toothed ring 10, the toothing, consisting of the toothed ring 10 and the pinion 11 is put into operation.
  • the magnetic ring 15 and the toothed ring 10 cast with it are slidably mounted in the inside of the stator 14, wherein the stator 14 is inserted into a corresponding receptacle in the housing 13 of the internal gear pump 1.
  • the housing-open side of the housing 13 of the internal gear pump 1 is by means of a
  • connection cover 16 is closed, wherein for fluid-tight sealing of the gap between the connection cover 16 and the housing 13, a sealing element 17 is provided.
  • the sealing element 17 is designed as an O-ring, and is integrated in a corresponding circumferential groove within the connection cover 16.
  • the internal gear pump 1 has only a single sealing element 17 in order to seal the entire unit against the conveying fluid.
  • the sealing element 17 is designed as a simple static seal, so that further dynamic seals, for example, for sealing rotating shafts for driving the toothed ring 10 omitted.
  • the terminal cover 16 may be made of a plastic material, and further serves as an axial guide of the toothed ring 10 and the pinion 11th
  • Figure 2 shows a further cross-sectional view of the internal gear pump 1, in which a suction port 18 and a pressure port 19 are shown. These are arranged offset by about 180 ° to each other, and open into a Zulaufniere or a drain kidney. These are laterally provided on the toothing, consisting of the toothed ring 10 and the pinion 11, and on the one hand form a suction side and on the other hand a pressure side of the conveying fluid.
  • the suction port 18 and the pressure port 19 are integrated in the connection cap 16 itself, so that these fluid ports can be brought into communication with a piping or a hose connection by means of an internal thread or a corresponding connection pin. Furthermore, it can be seen in FIG.
  • the bearing journal 12 is arranged eccentrically to the axis of rotation of the toothed ring 10, so that the pinion 11 meshes with the internal toothing of the toothed ring 10 on one side.
  • the housing 13 receiving holes, which are provided according to the present square design of the housing in the respective corners.
  • the invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants are conceivable, which of the illustrated solution even with fundamentally different

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Abstract

Innenzahnradpumpe (1) zum Fördern eines Fluides, vorzugsweise von Kraftstoff in einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem innenverzahnten Zahnring (10) und einem außenverzahnten Ritzel (11), das zur Erzeugung einer Förderwirkung im Zahnring (10) kämmt, wobei das Ritzel (11) exzentrisch zum Zahnring (10) auf einem Lagerzapfen (12) drehbar gelagert ist, und die Anordnung des Zahnringes und des Ritzels (11) in einem Gehäuse (13) aufgenommen ist, wobei im Gehäuse (13) ein elektrisch kommutierbarer Stator (14) angeordnet ist, welcher sich konzentrisch um den Zahnring (10) herum erstreckt und nach Art eines Elektromotors mit einem Magnetring (15) zusammenwirkt, welcher den Zahnring (10) konzentrisch umschließt und mit diesem verdrehfest verbunden ist, wobei der Magnetring (15) mit dem Zahnring (10) zur Erzeugung der Förderwirkung eine Rotationsbewegung ausführt.

Description

Innenzahnradpumpe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe zum Fördern eines Fluides, vorzugsweise von Kraftstoff in einer Verbrennungskraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Innenzahnradpumpen zum Fördern von Fluiden sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen eine weite Verbreitung auf. Innenzahnradpumpen der hier interessierenden Art können zur Förderung von Fluiden Anwendung finden, wobei Pumpen dieser Bauart zur Bereitstellung hoher Drücke geeignet sind. Eine Innenzahnradpumpe findet bevorzugt auch in einem Niederdruckkreislaufsystem zur Zuführung von Kraftstoff an eine Verbrennungskraftmaschine Anwendung, welche an einer rotierenden Welle angeschlossen wird, um das Zahnradpaar, bestehend aus dem Zahnring und dem Ritzel, in eine Drehbewegung zu versetzen.
Aus der DE 101 50 653 Al ist eine gattungsgemäße Innenzahnradpumpe bekannt. Die hierin offenbarte Innenzahnradpumpe eignet sich zum Fördern von Kraftstoff zu einer Verbrennungskraftmaschine und umfasst einen innenverzahnten Zahnring und ein außenverzahntes Ritzel, dass zum Erzeugen einer Pumpwirkung mit dem Zahnring zusammenwirkt. Der Zahnring und das Ritzel sind in einem Gehäuse integriert, welches zumindest einen Sauganschluss und einen Druckanschluss aufweist, um das Förderfluid zuzuführen bzw. abzuführen. Der Zahnring wird über eine Antriebswelle angetrieben, wobei die Antriebswelle über eine Oldham- Kupplung an diese angebunden wird und die Drehbewegung entweder von einem Elektromotor oder von der Verbrennungskraftmaschine selbst mittels des Abtriebes angetrieben wird.
Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Innenzahnradpumpen entsteht allgemein das Problem, dass der Innenzahnradpumpe die Drehbewegung zum Antrieb des Zahnringes sowie des Ritzels extern zugeführt werden muss. Die Zufuhr der Drehbewegung erfolgt gemäß der bekannten Innenzahnradpumpe mittels einer sich drehenden Welle. Die sich drehende Welle muss durch das Gehäuse der Innenzahnradpumpe hindurchgefühlt werden. Die Hindurchführung der sich drehenden Welle durch das Gehäuse erfordert eine dynamische Dichtung, welche meist mittels Radialwellendichtringen, Dichtlippen oder dergleichen vorgenommen werden muss. Insbesondere bei der Förderung von aggressiven Medien, beispielsweise Harnstoff oder dergleichen sind die Abdichtungseigenschaften bekannter Dichtvorrichtungen zur dynamischen Abdichtung der rotierenden Welle ein erhebliches Problem. Dieses Problem wird dadurch verstärkt, dass das zu fördernde Fluid unter pulsierendem Druck und Wechseltemperatur stehen kann. Auch die Förderung von Kraftstoff zur Zufuhr zu einer Verbrennungskraftmaschine kann zu erheblichen Problemen führen, wenn eine Leckage in der Innenzahnradpumpe entsteht. Derartige Leckagen können bei Versagen der Dichtelemente hervorgerufen werden, so dass Kraftstoff nach außen oder in das Schmieröl treten kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Innenzahnradpumpe zum
Fördern eines Fluides zu schaffen, welche die genannten Probleme des Standes der Technik vermeidet und eine einfache Abdichtung des Förderfluides aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Innenzahnradpumpe zum Fördern eines Fluids gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass im Gehäuse ein elektrisch kommutierbarer Stator angeordnet ist, welcher sich konzentrisch um den Zahnring herum erstreckt und nach Art eines Elektromotors mit einem Magnetring zusammenwirkt, welcher den Zahnring konzentrisch umschließt und mit diesem verdrehfest verbunden ist, wobei der Magnetring mit dem Zahnring zur Erzeugung der Förderwirkung eine
Rotationsbewegung ausführt.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, die Innenzahnradpumpe zur Schaffung einer integralen Einheit mit einem Elektromotor zu verbinden. Aufgrund des nach dem Prinzip des integrierten Elektromotors geschaffenen Antriebs des Zahnrings sowie des Ritzels entfällt eine von außen in das Gehäuse der Innenzahnradpumpe zugeführte Antriebswelle. Aufgrund der nicht vorhandenen Antriebswelle entfällt ferner die Problematik der Abdichtung der rotierenden Welle im Gehäuse der Innenzahnradpumpe. Das Gehäuse selbst weist lediglich elektrische Anschlüsse für den elektrisch bzw. elektronisch kommutierbaren Stator sowie entsprechende Fluidanschlüsse zur Zuführung bzw. zur Abgabe des Förderfluids auf. Im elektrisch bzw. elektronisch kommutierbaren Stator kann durch eine entsprechende Ansteuerung ein rotierendes Magnetfeld erzeugt werden, welches den Magnetring in eine Drehbewegung versetzt, welcher aus einem segmentierten oder aus mehreren Magnetsegmenten gebildeten Ring bestehen kann. Damit wird im Magnetring ein nutzbares Drehmoment erzeugt, wobei der Magnetring verdrehfest mit dem Zahnring in Verbindung gebracht ist. Dadurch ist der Zahnring durch den Magnetring antreibbar, so dass aufgrund der eingeleiteten Drehbewegung in dem Zahnring und dem damit angetriebenen Ritzel die erforderliche Pumpwirkung der Innenzahnradpumpe erzeugbar ist.
Gemäß eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetring nach Art eines Gleitlagers im Stator drehbar aufgenommen ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Magnetring im Zahnring eingegossen ist, wobei der Zahnring nach Art eines Gleitlagers im Stator drehbar aufgenommen ist. Unabhängig davon, ob der Magnetring oder der Zahnring die äußere Mantelfläche des rotierenden
Systems bildet, kann das rotierende System aus dem Magnetring und dem Zahnring innerhalb des Stators im Gehäuse nach Art eines Gleitlagers aufgenommen sein. Dabei können die entsprechenden Genauigkeiten, d.h. die erforderliche Lagerluft des so gebildeten Gleitlagers so bemessen sein, dass durch ein geringes Spiel ein hoher Wirkungsgrad der Innenzahnradpumpe erzielbar ist. Falls erforderlich, besteht die
Möglichkeit, entweder den Zahnring oder den Magnetring derart zu beschichten, dass tribologisch eine vorteilhafte Materialpaarung entsteht.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass der Zahnring aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial besteht, so dass der Magnetring selbst im Zahnring eingespritzt bzw. dieser umspritzt wird. Für den Fall, dass der Magnetring den Mantelflächenbereich des rotierenden Systems aus Magnetring und Zahnring bildet, kann der Zahnring selbst auch innenseitig in den Magnetring eingespritzt werden. Unabhängig von dem Herstellungsverfahren des rotierenden Systems aus Magnetring und Zahnring weisen die beiden Komponenten eine verdrehfeste Anordnung zueinander auf, wobei die - A -
Verbindung auch als lösbare Verbindung ausgeführt sein kann. In Abhängigkeit vom Wirkungsgrad des elektrisch kommutierbaren Stator-Magnetring-Motors ist es in der Regel vorteilhaft, dass der radiale Abstand zwischen dem Magnetring und dem Stator minimiert wird. In Abhängigkeit vom Erfordernis einer Wälzlagerung des rotierenden Systems aus Magnetring und Zahnring kann jedoch auch vorgesehen sein, ein Wälzlager vorzusehen, mittels dessen der Magnetring bzw. der Zahnring innerhalb des Stators gelagert wird. Ferner besteht die Möglichkeit, dass das Gehäuse der Innenzahnradpumpe derart ausgestaltet ist, das sich zwischen dem Stator und dem Magnetring in radialer Richtung ein umlaufender Gehäusebereich erstreckt, so dass das rotierende System aus Magnetring und Zahnring im Gehäuse selbst gelagert ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, das der Lagerzapfen einteilig mit dem Gehäuse ausgeführt ist, und der Lagerzapfen und das Gehäuse aus einem spritzgießbaren Material, umfassend einen Kunststoff, hergestellt sind. Das Gehäuse kann beispielsweise aus einem Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polyamid
(PA), Polyethylenterephtalat (PET), Polybutadienterephtalat (PBT), POM oder dergleichen bestehen. Diese Materialien sind spritzgießbar, so dass die Innenkontur des Gehäuses schon im Gießverfahren die Endkontur bildet, und der Stator sowie das Ritzel und der Zahnring in das Gehäuse einsetzbar sind. Ferner besteht die Möglichkeit, das Gehäuse aus einem spanend bearbeiteten Bauteil zu bilden, wobei höhere Genauigkeiten erzielbar sind. Auch eine Kombination aus einem spritzgegossenem Gehäuse und entsprechend spanend nachbearbeiteten Funktionsflächen kann vorgesehen werden.
Aus konstruktiven Gründen ist von besonderem Vorteil, dass wenigstens das Ritzel, der Stator und der Zahnring mit dem Magnetring von einer gehäuseoffenen Seite in das
Gehäuse einbringbar sind, und die gehäuseoffene Seite mittels eines Anschlussdeckels verschließbar ist. Damit ergibt sich der Vorteil, dass sich die Komponenten der Innenzahnradpumpe aus einer Montagerichtung in das Gehäuse einfügen lassen. Zur Abdichtung der offenen Gehäuseseite wird ein Anschlussdeckel auf das Gehäuse aufgeschraubt, so dass sämtliche Komponenten wie der elektrisch kommutierte
Elektromotor, umfassend den Stator und den Magnetring, sowie die Komponenten der Innenzahnradpumpe, umfassend den Zahnring und das Ritzel, integriert im Gehäuse angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist zwischen dem Gehäuse und dem Anschlussdeckel ein Dichtelement angeordnet, welches die mit dem Förderfluid befüllte Innenseite des Gehäuses gegen dieses statisch abdichtet. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist keine weitere dynamische Abdichtung von bewegten Komponenten wie beispielsweise eine rotierende Welle erforderlich. Es wird keine Drehbewegung in das Gehäuse eingeleitet und muss aufwendig abgedichtet werden. Lediglich der elektrische Anschluss sowie der Sauganschluss und der Druckanschluss für das Förderfluid müssen als Anschlüsse in bzw. am Gehäuse vorgesehen sein. Das Dichtelement kann als einfache O- Ringdichtung oder als Flachdichtring ausgeführt sein, welche zwischen dem Anschlussdeckel und dem Gehäuse angeordnet wird. Daher ist die Innenzahnradpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung auch für aggressive Medien besonders geeignet, da aufwendige Dichtsysteme entfallen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Anschlussdeckels ist vorgesehen, dass der Anschlussdeckel wenigsten einen Sauganschluss und wenigstens einen
Druckanschluss aufweist, um das Förderfluid zuzuführen bzw. abzuführen. Die Anschlüsse für den Sauganschluss und den Druckanschluss befinden sich angrenzend an sogenannte Zulaufnieren bzw. Ablaufnieren, welche halbmondförmig benachbart zur Zahnradpaarung aus dem Zahnring und dem Ritzel, angeordnet sind. Die Anschlüsse für den Druckanschluss und den Sauganschluss befinden sich etwa 180° versetzt zueinander, und sind im Anschlussdeckel selbst integriert.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Stator wenigstens eine Elektrowicklung umfasst, welche mit einer elektrischen Steuerung zur elektrischen Kommutierung in Wirkverbindung gebracht ist, um eine Drehbewegung des Magnetringes und damit des Zahnringes zu erzeugen. Mittels der Steuerung kann auch die Drehzahl des Magnetringes sowie des Zahnringes und das Drehmoment bestimmt werden. Abhängig von dem erforderlichen Förderdruck kann ein entsprechend hohes Drehmoment erzeugt werden, wo hingegen bei einer hohen Förderleistung die Drehzahl angepasst werden kann. Ein sogenannter Reluktanzmotor oder
Wechselstrommotor basiert auf mehreren elektrischen Wicklungen, die mittels der Steuerung zeitversetzt zueinander angesteuert werden, um ein instationäres Magnetfeld zu bewirken. Innerhalb des instationären Magnetfeldes wird der Magnetring in Rotation versetzt. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Förderfluid einen Kraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, und die Innenzahnradpumpe in einem Niederdruckkreislaufsystem integrierbar ist, um den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank an eine Zumesseinheit zu fördern. Die in diesen Niederdruckkreislaufsystemen bekannte Förderpumpe ist somit als Innenzahnradpumpe ausgebildet, und saugt den Kraftstoff aus einem Tank durch einen Filter an und fördert diesen zu einer Zumesseinheit. Dabei sind Drücke von beispielsweise 5 bis 10 bar erforderlich, so dass die Innenzahnradpumpe abhängig von der Fördermenge mit einer Förderleistung von beispielsweise 50 bis 100 Watt ausgeführt sein kann.
Die Zu- und Ablaufniere bzw. der Druckanschluss und /oder der Sauganschluss können auch im Gehäuse vorgesehen sein, und sind nicht auf eine Anordnung im Anschlussdeckel beschränkt.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiel
Es zeigt:
Figur 1 einen ersten Axialschnitt einer Innenzahnradpumpe mit einem integrierten
Stator sowie einem Magnetring gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Figur 2 eine weitere Ansicht eines Querschnitts durch die Innenzahnradpumpe gemäß Figur 1.
Die in Figur 1 dargestellte Innenzahnradpumpe 1 umfasst ein Zahnradpaar, bestehend aus einem innenverzahnten Zahnring 10 und einem außenverzahnten Ritzel 11. Das Ritzel 11 ist exzentrisch zum Zahnring 10 auf einem Lagerzapfen 12 angeordnet und drehbar auf diesem aufgenommen. Wird nun der Zahnring 10 in Drehbewegung versetzt, so kämmt die Außenverzahnung des Ritzels 11 in der Innenverzahnung des Zahnrings 10, und erzeugt einen Fördervolumenstrom des Fluids, in welchem die Verzahnung läuft. Die Verzahnung aus dem Zahnring 10 und dem Ritzel 11 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet, wobei gemäß der vorliegenden Ausfuhrungsform der Lagerzapfen 12 einteilig, d.h. materialeinheitlich mit dem Gehäuse 13 ausgebildet ist. Das Gehäuse 13 bzw. der Lagerzapfen 12 sind aus einem spritzgießbarem Kunststoffmaterial gefertigt, wobei das Gehäuse eine gehäuseoffene Seite zur Montage der Komponenten der Innenzahnradpumpe 1 aufweist.
Der Zahnring 10 ist verdrehfest mit einem Magnetring 15 verbunden, wobei sich der Magnetring 15 um den Zahnring 10 radial umlaufend erstreckt. Beispielsweise kann der Zahnring 10 mittels eines Spritzgießverfahrens in den Magnetring 15 eingespritzt sein. Der Magnetring 15 läuft in einer Innenseite eines Stators 14, welcher eine
Elektrowicklung 20 aufweist. Wird die Elektrowicklung durch eine Steuerung elektrisch kommutiert, so wird im Stator 14 ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt. Aufgrund des umlaufenden Magnetfeldes wird der Magnetring 15 in Rotation versetzt, wobei aufgrund der verdrehfesten Verbindung des Magnetringes 15 mit dem Zahnring 10 auch die Verzahnung, bestehend aus dem Zahnring 10 und dem Ritzel 11 in Betrieb gesetzt wird.
Der Magnetring 15 und der damit eingegossene Zahnring 10 sind in der Innenseite des Stators 14 gleitend gelagert, wobei auch der Stator 14 in eine entsprechende Aufnahme im Gehäuse 13 der Innenzahnradpumpe 1 eingesetzt ist.
Die gehäuseoffene Seite des Gehäuses 13 der Innenzahnradpumpe 1 wird mittels eines
Anschlussdeckels 16 verschlossen, wobei zur fluiddichten Abdichtung der Spaltes zwischen dem Anschlussdeckel 16 und dem Gehäuse 13 ein Dichtelement 17 vorgesehen ist. Das Dichtelement 17 ist als O-Ring ausgeführt, und ist in einer entsprechenden umlaufenden Nut innerhalb des Anschlussdeckels 16 integriert.
Somit weist die Innenzahnradpumpe 1 lediglich ein einzelnes Dichtelement 17 auf, um die gesamte Einheit gegen das Förderfluid abzudichten. Das Dichtelement 17 ist als einfach statische Dichtung ausgebildet, so dass weitere dynamischen Dichtungen beispielsweise zur Abdichtung von rotierenden Wellen zum Antrieb des Zahnrings 10 entfallen. Auch der Anschlussdeckel 16 kann aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein, und dient weiterhin als axiale Führung des Zahnrings 10 sowie des Ritzels 11.
Figur 2 zeigt eine weitere Querschnittsansicht der Innenzahnradpumpe 1 , in welcher ein Sauganschluss 18 sowie ein Druckanschluss 19 dargestellt sind. Diese sind etwa 180° zueinander versetzt angeordnet, und münden in eine Zulaufniere bzw. eine Ablaufniere. Diese sind seitlich an der Verzahnung, bestehend aus dem Zahnring 10 und dem Ritzel 11 vorgesehen, und bilden einerseits eine Saugseite und andererseits eine Druckseite des Förderfluids. Der Sauganschluss 18 und der Druckanschluss 19 sind in dem Anschlussdeckel 16 selbst integriert, so dass diese Fluidanschlüsse mittels eines Innengewindes oder eines entsprechenden Anschlusszapfens mit einer Verrohrung oder einer Schlauchverbindung in Verbindung gebracht werden können. Ferner ist in Figur 2 erkennbar, dass der Lagerzapfen 12 exzentrisch zur Rotationsachse des Zahnringes 10 angeordnet ist, so dass das Ritzel 11 einseitig mit der Innenverzahnung des Zahnringes 10 kämmt. Ferner weist das Gehäuse 13 Aufnahmebohrungen auf, welche gemäß der vorliegenden quadratischen Ausführung des Gehäuses in den jeweiligen Ecken vorgesehen sind.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten
Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Ansprüche
1. Innenzahnradpumpe (1) zum Fördern eines Fluides, vorzugsweise von Kraftstoff in einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem innenverzahnten Zahnring (10) und einem außenverzahnten Ritzel (11), das zur Erzeugung einer Förderwirkung im
Zahnring (10) kämmt, wobei das Ritzel (11) exzentrisch zum Zahnring (10) auf einem Lagerzapfen (12) drehbar gelagert ist, und die Anordnung des Zahnringes und des Ritzels (11) in einem Gehäuse (13) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (13) ein elektrisch kommutierbarer Stator (14) angeordnet ist, welcher sich konzentrisch um den Zahnring (10) herum erstreckt und nach Art eines Elektromotors mit einem Magnetring (15) zusammenwirkt, welcher den Zahnring (10) konzentrisch umschließt und mit diesem verdrehfest verbunden ist, wobei der Magnetring (15) mit dem Zahnring (10) zur Erzeugung der Förderwirkung eine Rotationsbewegung ausführt.
2. Innenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (15) nach Art eines Gleitlagers im Stator (14) drehbar aufgenommen ist.
3. Innenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetring (15) im Zahnring (10) eingegossen ist, wobei der Zahnring (10) nach Art eines Gleitlagers im Stator (14) drehbar aufgenommen ist.
4. Innenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (12) einteilig mit dem Gehäuse (13) ausgeführt ist, und der Lagerzapfen (12) und das Gehäuse (13) aus einem spritzgießbaren Material, umfassend einen Kunststoff, hergestellt sind.
5. Innenzahnradpumpe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das Ritzel (11), der Stator (14) und der Zahnring (10) mit dem Magnetring (15) von einer gehäuseoffenen Seite in das Gehäuse (13) einbringbar sind, und die gehäuseoffene Seite mittels eines Anschlussdeckels (16) verschließbar ist.
6. Innenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (13) und dem Anschlussdeckel (16) ein Dichtelement (17) angeordnet ist, welches die mit dem Förderfluid befüllte Innenseite des Gehäuses (13) gegen dieses statisch abdichtet.
7. Innenzahnradpumpe (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussdeckel (16) wenigstens einen Sauganschluss (18) und wenigstens einen Druckanschluss (19) aufweist, um das Förderfluid zuzuführen bzw. abzuführen.
8. Innenzahnradpumpe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (14) wenigstens eine Elektrowicklung (20) umfasst, welche mit einer elektrischen Steuerung zur elektrischen Kommutierung in Wirkverbindung gebracht ist, um eine Drehbewegung des Magnetrings (15) und damit des Zahnringes (10) zu erzeugen.
9. Innenzahnradpumpe (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderfluid einen Kraftstoff für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, um die Innenzahnradpumpe in einem Niederdruckkreislaufsystem integrierbar ist, um den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank an eine Zumesseinheit zu fördern.
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