EP4217610B1

EP4217610B1 - Motor-pumpe-einheit

Info

Publication number: EP4217610B1
Application number: EP21777232.6A
Authority: EP
Inventors: Jernej MUNIH; Klemen PETRIC
Original assignee: Kolektor Mobility d o o
Current assignee: Kolektor Mobility d o o
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2041-09-09
Also published as: EP4217610A1; WO2022063585A1; DE102020124825A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motor-Pumpe-Einheit zur Förderung eines Fluids. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine solche der Förderung eines (flüssigen oder gasförmigen) Fluids dienende Motor-Pumpe-Einheit, welche eine Pumpenbasis, einen bezüglich einer ersten Achse drehbar gelagerten, mit dem Rotor eines Elektromotors drehgekoppelten ersten Pumpenrotor und einen bezüglich einer zweiten Achse, welche sich mit der ersten Achse unter einem von Null verschiedenen Winkel schneidet, drehbar gelagerten zweiten Pumpenrotor umfasst, wobei die beiden Pumpenrotoren miteinander kämmende Verzahnungen mit einer um eins voneinander abweichenden Anzahl an Zähnen aufweisen dergestalt, dass zwischen den beiden Verzahnungen eingeschlossene Kammern beim Umlauf der beiden Pumpenrotoren um die jeweilige Achse ihr Volumen vergrößern bzw. verkleinern.
Derartige Motor-Pumpe-Einheiten zählen in verschiedenen Ausgestaltungen zum Stand der Technik. Zu verweisen ist insoweit insbesondere auf WO 2005/116403 A1 , US 8,517,707 B2 , WO 2010/018053 A2 , WO 2012/084289 A2 und WO 2013/057112 A2 . Das grundlegende Funktionsprinzip ist bereits seit langem bekannt, beispielsweise aus US 3,236,186 A , US 3,856,440 A und DE 42 41 320 A1 .
Pumpen der hier in Rede stehenden Bauweise (mit zwei um winklig zueinander angeordnete Achsen rotierenden Pumpenrotoren) zeichnen sich typischerweise durch eine vergleichsweise hohe Laufruhe aus. Dies gilt namentlich im Vergleich zu Taumelscheiben-Pumpen (vgl. beispielsweise WO 2015/090730 A1 , DE 10 2016 215 474 A1 und WO 2018/054622 A1 ), und zwar insbesondere bei höheren Drehzahlen, wie sie bei Motor-Pumpe-Einheiten, die bei einer stark limitierten Baugröße vergleichsweise hohe Fluiddurchsätze zu fördern haben, häufig unvermeidbar sind. So kommen Motor-Pumpe-Einheiten der hier maßgeblichen Bauweise beispielsweise bevorzugt in Anwendungen (beispielsweise im KFZ-Bereich) zum Einsatz, bei denen eine geringere Geräuschentwicklung wichtig ist.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine in praxisrelevanter Hinsicht gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Motor-Pumpe-Einheit der eingangs dargelegten Art bereitzustellen, wobei insoweit als besonders praxisrelevant insbesondere - einander teilweise widersprechende, im Rahmen der praxisorientierten Optimierung gegeneinander abzuwägende - Aspekte wie Leistungsfähigkeit, Baugröße, Effizienz, Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Herstellungskosten angesehen werden. Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine gegenüber dem Stand der Technik nach der WO 2012/084289 A2 , welche eine Motor-Pumpe-Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart, hinsichtlich des Wirkungsgrads verbesserte Motor-Pumpe-Einheit bereitzustellen.
Gelöst wird die vorstehend angegebene Aufgabenstellung erfindungsgemäß durch die Motor-Pumpe-Einheit gemäß Anspruch 1. Demgemäß zeichnet sich die erfindungsgemäße Motor-Pumpe-Einheit durch eine charakteristische Kombination von untereinander und mit den eingangs angegebenen Merkmalen synergistisch zusammenwirkenden weiteren Gestaltungsmerkmalen aus, nämlich insbesondere durch die folgenden:

Der erste Pumpenrotor weist radial außerhalb der zugeordneten Verzahnung einen Kragen mit einer zu dem Achsenschnittpunkt sphärischen Innenwand auf, an welcher der zweite Pumpenrotor mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Außenfläche dergestalt anliegt, dass die Kammern radial außen durch die sphärische Innenwand des Kragens begrenzt sind.
Der zweite Pumpenrotor weist radial innerhalb der zugeordneten Verzahnung einen kuppelförmigen Bereich mit einer zu dem Achsenschnittpunkt sphärischen Außenwand auf, an welcher der erste Pumpenrotor mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Innenfläche dergestalt anliegt, dass die Kammern radial innen durch die sphärische Außenwand des kuppelförmigen Bereichs begrenzt sind.
Die der zugeordneten Verzahnung abgewandte Stirnseite des zweiten Pumpenrotors ist als Gleitfläche ausgeführt, mittels derer sich der zweite Pumpenrotor an einer an der Pumpenbasis ausgeführten, zu der zweiten Achse senkrechten Stützfläche abstützt.
Der zweite Pumpenrotor weist eine der Anzahl der Zähne von dessen Verzahnung entsprechende Anzahl von Fluiddurchbrüchen auf, welche in jeweils einen Zahnzwischenraum münden.
An der Stützfläche sind zwei voneinander getrennte Aussparungen vorgesehen, welche mit unterschiedlichen an der Motor-Pumpe-Einheit ausgeführten Fluidanschlüssen strömungstechnisch kommunizieren.

Eines der bestimmenden Charakteristika des erfindungsgemäßen Motor-Pumpe-Einheit besteht demgemäß darin, dass die der Förderung des Fluids dienenden Kammern ausschließlich von dem ersten und dem zweiten Pumpenrotor begrenzt sind. Eine Begrenzung der Kammern durch nicht-rotierende Teile (z. B. Teile der Pumpenbasis oder Gehäuseteile) erfolgt somit nicht. Anders als im Falle der (nach dem Stand der Technik teilweise umgesetzten) Begrenzung der Kammern radial nach außen durch ein feststehendes Bauteil, an welchem der erste und der zweite Pumpenrotor dichtend anliegend entlang bewegt werden, erfolgt erfindungsgemäß der radial äußere Abschluss der Kammern über zwei nur vergleichsweise langsam gegeneinander bewegte Teile. Dies trägt zur Minimierung von Leckageverlusten bei. Die vorstehenden, für den radial äußeren Abschluss der Kammern dargelegten Gesichtspunkte gelten in entsprechender Weise für deren radial inneren Abschluss, indem sich nämlich die Erfindung weiterhin dadurch auszeichnet, dass der zweite Pumpenrotor radial innerhalb der zugeordneten Verzahnung einen kuppelförmigen Bereich mit einer zu dem Achsenschnittpunkt sphärischen Außenwand aufweist, an welcher der erste Pumpenrotor mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Innenfläche dergestalt anliegt, dass die Kammern radial innen durch die sphärische Außenwand des kuppelförmigen Bereichs begrenzt sind.
Die radial äußere und radial innere dichte Begrenzung der Kammern über zusammenwirkende Flächen von erstem und zweitem Pumpenrotor ist auch deshalb sehr vorteilhaft, weil durch die vergleichsweise geringe Relativbewegung der dynamisch abdichtenden Teile nur geringe Reibungsverluste bestehen. Dementsprechend geringe Reibung wirkt nicht nur direkt im Sinne einer besonders hohen Effizienz aus. Vielmehr wird, durch entsprechend reduziere Reibungswärme, auch einer wärmebedingten Ausdehnung der an der Abdichtung beteiligten Bauteile entgegengewirkt, was hinwiederum besonders geringe Spaltmaße ermöglicht, was - durch dementsprechend reduzierte Leckageverluste - indirekt wiederum der Effizienz zugute kommt. Indem der besagte Kragen an dem ersten Pumpenrotor ausgeführt ist, der auf diese Weise den zweiten Pumpenrotor einfasst, sind im Übrigen ganz besonders kompakte Bauweisen möglich.
Sehr vorteilhaft wirkt sich weiterhin aus, dass - während die (bezüglich der zweiten Achse) axiale Position des zweiten Pumpenrotors durch die Stützfläche der Pumpenbasis definiert ist, indem die Gleitfläche des zweiten Pumpenrotors an der Stützfläche anliegt - die Führung des zweiten Pumpenrotors quer zu der zweiten Achse durch den ersten Pumpenrotor erfolgt. Insoweit lässt sich von einer inneren Zentrierung (oder "Selbstzentrierung") der beiden Pumpenrotoren zueinander sprechen. Dies ist unter herstellungstechnischen Gesichtspunkten ein extrem bedeutender Aspekt; denn so ist eine (mit eher groben Toleranzen verbundene) kostengünstige Herstellung der beiden Pumpenrotoren - beispielsweise durch Kunststoff-Spritzgießen - möglich. Im Übrigen wird eine statische bzw. kinematische Überbestimmung des Systems durch eine (externe, insbesondere an der Pumpenbasis oder einem möglichen Gehäuseteil erfolgende) radiale Lagerung des zweiten Pumpenrotors vermieden, die sich nachteilig auf die Lebensdauer der Motor-Pumpe-Einheit auswirken würde.
Erfindungsgemäß ist weiterhin die für das Ansaugen des Fluids in die Kammern aus einem ersten Bereich (Saugzone) der Pumpe und das Ausstoßen des Fluids aus den Kammern in einen zweiten Bereich (Druckzone) der Pumpe maßgebliche Schlitzsteuerung in der Paarung aus Stützfläche (der Pumpenbasis) und Gleitfläche (des zweiten Pumpenrotors) realisiert, indem an der Stützfläche zwei voneinander getrennte Aussparungen vorgesehen sind, welche mit zwei unterschiedlichen an der Motor-Pumpe-Einheit ausgeführten Fluidanschlüssen strömungstechnisch kommunizieren, und der zweite Pumpenrotor eine der Anzahl der Zähne von dessen Verzahnung entsprechende Anzahl von Fluiddurchbrüchen aufweist, welche in jeweils einen Zahnzwischenraum münden. Diese Ausführung der Schlitzsteuerung in erfindungsgemäßer Weise ist insbesondere auch deshalb so günstig, weil die zusammenwirkenden Flächen (d. h. die Gleitfläche und die Stützfläche) eben ausgeführt sein können, was nicht nur herstellungstechnisch sehr vorteilhaft ist, sondern (infolge minimierter Leckageverluste) der optimalen Wirkung entgegenkommt und sich im Sinne einer hohen Effizienz auswirkt.
Für die erfindungsgemäße Motor-Pumpe-Einheit sind, mit anderen Worten, folgende Gesichtspunkte charakteristisch: Seine Schrägstellung gegenüber der ersten Achse erfährt der zweite Pumpenrotor durch seine Abstützung an der Pumpenbasis, d. h. die Neigung jener Fläche ("Stützfläche") der Pumpenbasis, an der der zweite Pumpenrotor sich drehbar abstützt, gegenüber der ersten Achse. Das Ansaugen des zu fördernden Fluids in die sich vergrößernden Kammern der Pumpe in einem ersten Bereich des Umlaufs und das Herausdrücken der zu fördernden Fluids aus den sich verkleinernden Kammern der Pumpe in einem zweiten Bereich des Umlaufs erfolgt dabei in besonders einfacher und zuverlässiger Weise durch den zweiten Pumpenrotor hindurch, nämlich durch Durchbrüche hindurch, welche den zweiten Pumpenrotor von dessen mit der Stützfläche der Pumpenbasis zusammenwirkenden Stirnfläche ("Gleitfläche") bis in die Verzahnung hinein durchsetzen. Die betreffenden Durchbrüche münden dabei idealerweise im Bereich der Täler der Verzahnung an dem jeweiligen tiefsten Punkt oder zumindest benachbart zu diesem. Der hohen Zuverlässigkeit dieser Form der Schlitzsteuerung kommt dabei u. a. entgegen, dass die eine gute Abdichtung bewirkende Anpresskraft des zweiten Pumpenrotors auf der Stützfläche der Pumpenbasis durch die selbe Einrichtung (z. B. eine mechanische Feder und/oder eine hydraulische Vorspannung; s. u.) bereitgestellt werden kann, die auch für den dichten Kontakt zwischen den Verzahnungen des ersten und des zweiten Pumpenrotors sorgt. Durch eine zumindest im Wesentlichen ebene Ausführung der für die Schlitzsteuerung zusammenwirkenden, gleitend aneinander anliegenden Flächen an Pumpenbasis und zweitem Pumpenrotor leidet die gute Abdichtung weder unter möglichem Verschleiß, noch unter temperaturbedingten Ausdehnungen bzw. Schwindungen der zusammenwirkenden Bauteile. Demzufolge liegen in diesem Falle die effizienzsteigernden geringen Spaltverluste sowohl über eine besonders lange Betriebs- bzw. Lebensdauer als auch über einen besonders breiten Betriebsbereich hinweg vor.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können der erste Pumpenrotor und der Rotor des Elektromotors (im Folgenden: Motorrotor) zu einer starren baulichen Einheit gefügt oder kann der Motorrotor sogar integraler Bestandteil des ersten Pumpenrotors sein. In diesem Fall können der für die um die erste Achse drehbare Lagerung von erstem Pumpenrotor und Motorrotor erforderliche bauliche Aufwand und der notwendige Bauraum besonders gering ausfallen. Von dieser Bauweise kann namentlich bei erfindungsgemäßen Motor-Pumpe-Einheiten mit kompakten Abmessungen und einer vergleichsweise geringen Leistung Gebrauch gemacht werden. Bei erfindungsgemäßen Motor-Pumpe-Einheiten mit einer vergleichsweise hohen Leistung ist demgegenüber zu bevorzugen, wenn der erste Pumpenrotor und der Motorrotor drehfest-axialverschiebbar miteinander gekoppelt sind, wobei hier vorteilhafterweise für den ersten Pumpenrotor und für den Motorrotor zwei getrennte Drehlagerungen (bezüglich der ersten Achse), welche insbesondere in Form von Gleitlagerungen ausgeführt sein können, zur Anwendung kommen.
Eine andere bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Pumpenrotor bezüglich der ersten Achse axial verschieblich gelagert ist, wobei der erste Pumpenrotor mittels einer mechanischen Vorspannfeder zur Anlage von dessen Verzahnung an der Verzahnung des zweiten Pumpenrotors vorgespannt ist. Dies begünstigt eine dichtende Anlage des ersten und des zweiten Pumpenrotors aneinander im Bereich der beiden Verzahnungen dergestalt, dass zwischen diesen - durch wandernde Kontaktlinien - voneinander zumindest weitgehend dicht abgegrenzte Kammern gebildet sind. Die besagte Vorspannfeder begünstigt weiterhin die dichtende Anlage des zweiten Pumpenrotors mit seiner Gleitfläche an der Stützfläche der Pumpenbasis dergestalt, dass ein strömungstechnischer Kurzschluss zwischen den beiden an der Stützfläche ausgeführten Aussparungen, von denen eine mit der Saugseite und die andere mit der Druckseite der Pumpe kommuniziert, vermieden wird. In baulicher Hinsicht erweist sich dabei als besonders vorteilhaft, wenn auch der Motorrotor bezüglich der ersten Achse axial verschieblich gelagert ist, wobei die besagte Vorspannfeder stirnseitig auf den Motorrotor wirkt. Die vorstehend erläuterte mechanische Anpressung der beiden Pumpenrotoren aneinander ist besonders wichtig für das Anlaufen der Motor-Pumpe Einheit, wenn nämlich noch kein Druck für eine mögliche hydraulische Anpressung (s. u.) bereitsteht.
Im vorstehenden Sinne kommt bei erfindungsgemäßen Motor-Pumpe-Einheiten nämlich besonders bevorzugt noch eine hydraulische Anpressung hinzu, indem der erste Pumpenrotor und/oder der Motorrotor dergestalt in einen mit jenem Fluidanschluss, welcher beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit dessen Druckanschluss bildet, kommunizierenden Druckraum eintauchen, dass auf den ersten Pumpenrotor eine die Anlage der Verzahnung des ersten Pumpenrotors an der Verzahnung des zweiten Pumpenrotors steigernde hydraulische Axialkraft einwirkt. Der Druckraum ist dabei typischerweise durch den Innenraum eines - an die Pumpenbasis dichtend angeschlossenen - Motorgehäuses realisiert. Ist, was für bestimmte Anwendungsbereiche der Motor-Pumpe-Einheit eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt, der erste Pumpenrotor an seinem Umfang in einem an der Pumpenbasis ausgeführten Gleitlager gelagert, so ist besonders bevorzugt die druckseitige Aussparung der Stützfläche über (mindestens) einen in das Gleitlager für den ersten Pumpenrotor eingearbeiteten Kanal strömungstechnisch mit dem Innenraum des Motorgehäuses bzw. sonstigen Druckraum verbunden, so dass sich in diesem im Betrieb der am druckseitigen Fluidanschluss herrschende Druck einstellt.
Vorteilhafterweise ist die Anzahl der Zähne der Verzahnung des zweiten Pumpenrotors (z. B. acht Zähne) um eins größer als die Anzahl der Zähne der Verzahnung des ersten Pumpenrotors (z. B. sieben Zähne). So wird erreicht, dass der sich gleitend auf der Pumpenbasis abstützende zweite Pumpenrotor mit geringerer Drehzahl rotiert als der erste, durch den Elektromotor angetriebene Pumpenrotor. Dies kommt dem Betriebsverhalten entgegen.
Gemäß einer insbesondere unter Aspekten der Herstellung/Montage besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Pumpenrotor ringförmig ausgeführt mit einem zentralen Durchbruch, wobei ein relativ zu der Pumpenbasis feststehender, zu der ersten Achse koaxialer Lagerzapfen vorgesehen ist, der durch den zentralen Durchbruch des zweiten Pumpenrotors hindurchtritt. Der in dem zweiten Pumpenrotor vorgesehene zentrale Durchbruch ist dabei zweckmäßigerweise so dimensioniert, dass ein Kontakt des zweiten Pumpenrotors mit dem Lagerzapfen vermieden wird. Der Lagerzapfen kann insbesondere durch Eingießen, Einpressen oder dergleichen starr und dauerhaft fest mit der Pumpenbasis verbunden sein und insbesondere eine solche Länge aufweisen, dass er auch durch den ersten Pumpenrotor hindurchtritt, wobei, sofern nicht eine Lagerung an der Pumpenbasis realisiert ist (s. o.), der erste Pumpenrotor und/oder der Motorrotor auf dem Lagerzapfen um die erste Achse drehbar gelagert ist. Durch diese bevorzugte Bauweise wird eine Mehrzahl von ergänzenden Vorteilen ermöglicht, die die erfindungsgemäße Motor-Pumpe-Einheit gegenüber dem Stand der Technik noch weiter überlegen machen. So lassen sich die drei im Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit sich drehenden Hauptkomponenten, nämlich - in dieser Montage-Reihenfolge - der zweite Pumpenrotor, der erste Pumpenrotor und der Motorrotor von dem freien Ende des Lagerzapfens her auf diesem auffädeln. Jedenfalls dann, wenn der Lagerzapfen an seinem der Pumpenbasis abgewandten Ende frei auskragt, leistet ein ggf. auf die Pumpenbasis aufgesetztes Motorgehäuse (s. u.) typischerweise keinen Beitrag im Hinblick auf die Abstützung des Motorrotors. Und stützt sich eine ggf. vorgesehene, stirnseitig auf den Motorrotor wirkende Vorspannfeder (s. o.) an einem an dem Lagerzapfen angeordneten Widerlager ab, so wird das Motorgehäuse auch insoweit nicht mechanisch belastet. Beides erhöht den Gestaltungsspielraum für die Ausführung der Motor-Pumpe-Einheit zu deren optimaler Anpassung an die jeweilige Anwendungsumgebung.
Eine hohe Flexibilität besteht auch hinsichtlich der spezifischen Anordnung der Fluidanschlüsse und der hierdurch erzielbaren Vorteile. Das von der Motor-Pumpe-Einheit geförderte Fluid kann nämlich optional zur Kühlung des Elektromotors herangezogen werden, wobei es in diesem Fall bevorzugt den zwischen dem Stator und dem Rotor des Elektromotors bestehenden Ringspalt durchströmt, zu welchem Zweck einer der beiden Fluidanschlüsse vorzugsweise an einem mit der Pumpenbasis dichtend verbundenen, den Stator des Elektromotors aufnehmenden Gehäuseteil ausgeführt ist. Insbesondere dann, wenn eine Kühlung des Elektromotors nicht vonnöten oder aber auf andere Weise realisiert ist, ist eine Anordnung beider Fluidanschlüsse an der Pumpenbasis vorteilhaft. Für die individuelle Anordnung der beiden Fluidanschlüsse sind allerdings auch andere Kriterien wie beispielsweise die spezifische Einbausituation der Motor-Pumpe-Einheit von Einfluss.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1: einen gemäß der Schnittlinie I-I der Fig. 4 ausgeführten ersten Axialschnitt durch die Motor-Pumpe-Einheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2: einen zu Fig. 1 orthogonalen, gemäß der Schnittlinie II-II der Fig. 4 ausgeführten zweiten Axialschnitt durch die Motor-Pumpe-Einheit nach Fig. 1,
Fig. 3: einen abgewinkelten, gemäß der Schnittlinie III-III der Fig. 4 ausgeführten dritten Axialschnitt durch die Motor-Pumpe-Einheit nach den Figuren 1 und 2,
Fig. 4: eine Draufsicht auf die isolierte Pumpenbasis der Motor-Pumpe-Einheit nach den Figuren 1-3, wobei die Lage der betreffenden drei Axialschnitte angegeben ist,
Fig. 5: eine erste und
Fig. 6: eine zweite perspektivische Explosionsdarstellung der Motor-Pumpe-Einheit nach den Figuren 1-4 und
Fig. 7: einen zu Fig. 3 analogen abgewinkelten Axialschnitt durch die Motor-Pumpe-Einheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Die in den Figuren 1-6 der Zeichnung dargestellte, der Förderung eines Fluids dienende Motor-Pumpe-Einheit umfasst einen Pumpenteil 1 und einen Antriebsteil 2, wobei der Pumpenteil 1 seinerseits eine Pumpenbasis 3, einen ersten Pumpenrotor 4 und einen zweiten Pumpenrotor 5 umfasst und der Antriebsteil 2 einen Elektromotor 6 mit einem Stator 7 und einem Rotor (Motorrotor 8) aufweist.
Der erste Pumpenrotor 4 ist an der Pumpenbasis 3 bezüglich einer ersten Achse X axial-verschieblich drehbar gelagert. Er weist hierzu eine zylindrische Außengeometrie 9 auf und ist in einer korrespondierenden, in der Pumpenbasis 3 ausgeführten, bezüglich der ersten Achse X zylindrischen, gleitlagerartigen Aufnahme 10 gleitend aufgenommen. Über seine stirnseitig in einer ringförmigen Verzahnungszone 11 vorgesehene erste Verzahnung 12 (mit vorliegend sieben Zähnen 13) wirkt der erste Pumpenrotor 4 mit dem ringscheibenförmig ausgeführten zweiten Pumpenrotor 5 zusammen, der seinerseits eine stirnseitig in einer ringförmigen Verzahnungszone 14 vorgesehene zweite Verzahnung 15 (mit vorliegend acht Zähnen 16) aufweist, welche mit der ersten Verzahnung 12 des ersten Pumpenrotors 4 kämmt. Auf seiner der zweiten Verzahnung 15 angewandten Stirnseite 17 weist der zweite Pumpenrotor 5 eine ebene Gleitfläche 18 auf, über welche er sich gleitend an einer an der Pumpenbasis 3 ausgeführten Stützfläche 19 abstützt. Die Stützfläche 19 ist dabei gegenüber der ersten Achse X geneigt, d. h. sie erstreckt sich nicht senkrecht zu der ersten Achse X.
Der erste Pumpenrotor 4 weist radial außerhalb der zugeordneten ersten Verzahnung 12, d. h. außerhalb der zugeordneten ringförmigen Verzahnungszone 11 einen Kragen 20 mit einer sphärischen Innenwand 21 auf. An dieser liegt der zweite Pumpenrotor 5 mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten, wellenringartig umlaufenden Außenfläche 22 an. In analoger Weise weist der zweite Pumpenrotor 5 radial innerhalb der zugeordneten zweiten Verzahnung 15, d. h. innerhalb der zugeordneten ringförmigen Verzahnungszone 14 einen kuppelförmigen Bereich 23 mit einer sphärischen Außenwand 24 auf, an welcher der erste Pumpenrotor 4 mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten, wellenringartigen Innenfläche 25 anliegt. Der Mittelpunkt der sphärischen Innenwand 21 des ersten Pumpenrotors 4 ist dabei identisch mit dem Mittelpunkt der sphärischen Außenwand 24 des zweiten Pumpenrotors 5; er liegt auf der ersten Achse X und definiert den Schnittpunkt M der ersten Achse X mit einer zweiten Achse Y, um welche der zweite Pumpenrotor 5 rotiert. Während die Position des zweiten Pumpenrotors 5 bezogen auf die Richtung der zweiten Achse Y durch die - an der Pumpenbasis 3 ausgeführte - Stützfläche 19 definiert ist, ist somit die Position des zweiten Pumpenrotors 5 quer zu der zweiten Achse Y - über die beiden jeweils zusammenwirkenden sphärischen Flächenpaare 21/22 und 24/25 - nur durch den ersten Pumpenrotor 4 definiert.
Die beiden Verzahnungen 12 und 15 weisen eine um eins voneinander abweichende Anzahl an Zähnen 13 bzw. 16 auf dergestalt, dass zwischen ihnen eingeschlossene, radial außen durch die sphärische Innenwand 21 des Kragens 20 des ersten Pumpenrotors 4 und radial innen durch die sphärische Außenwand 24 des kuppelförmigen Bereichs 23 des zweiten Pumpenrotors 5 begrenzte Kammern 26 beim Umlauf der beiden Pumpenrotoren 4 und 5 um die jeweilige Achse X bzw. Y ihr Volumen vergrößern bzw. verkleinern (vgl. zu der Funktion beispielsweise WO 2012/084289 A1 ). Das Zuströmen von Fluid in die sich vergrößernden Kammern 26 und das Abströmen aus den sich verkleinernden Kammern 26 erfolgt über Fluiddurchbrüche 27, welche den zweiten Pumpenrotor 5 von der Gleitfläche 18 bis zu der zweiten Verzahnung 15 durchsetzen und dort jeweils in einen Zahnzwischenraum münden. Diese Fluiddurchbrüche 27 kommunizieren während des Umlaufs des zweiten Pumpenrotors 5 abwechselnd mit den beiden an der Stützfläche 19 der Pumpenbasis 3 ausgeführten, voneinander getrennten Aussparungen 28, 29, welche mit unterschiedlichen an der Pumpenbasis 3 ausgeführten Fluidanschlüssen 30 bzw. 31 strömungstechnisch verbunden sind.
Der Motorrotor 8 ist in grundsätzlich als solches bekannter Weise aufgebaut mit einem Kern 32 und mehreren an dessen Umfang angeordneten Permanentmagneten 33. Er ist auf einem Lagerzapfen 34, welcher sich längs der ersten Achse X erstreckt, axial-verschieblich drehbar gelagert. Der Lagerzapfen 34 ist mit der Pumpenbasis 3 fest verbunden. Hierzu ist die - durch Spritzgießen aus einem gefüllten Kunststoff hergestellte - Pumpenbasis 3 an einen Endabschnitt 35 des Lagerzapfens 34 angespritzt, wobei der betreffende Endabschnitt 35 für einen dauerhaft festen Halt in der Pumpenbasis 3 entsprechend profiliert ist. Der Lagerzapfen 34 durchsetzt den ringscheibenförmigen zweiten Pumpenrotor 5, d. h. er tritt (mit Spiel) durch dessen zentralen Durchbruch 36 hindurch. Ebenfalls durchsetzt der Lagerzapfen 34 den ersten Pumpenrotor 4, indem er (wiederum mit Spiel) durch dessen zentrale Bohrung 37 hindurchtritt. Der erste Pumpenrotor 4 weist einen Vorsprung 38 auf, welcher (mit polygonalem Querschnitt ausgeführt) als Mitnehmer in eine korrespondierende Aussparung 39 des Motorrotors 8 eingreift. An seiner dem Motorrotor 8 zugewandten Stirnseite 40 weist der erste Pumpenrotor 4 Noppen 41 auf, welche, an dem Ringvorsprung 42 des Motorrotors 8 anliegend, als Abstandshalter wirken und für einen Spalt 43 zwischen den einander zugewandten Stirnflächen von Motorrotor 8 und erstem Pumpenrotor 4 sorgen.
Der Motorstator 7 ist, einen integralen, eingegossenen Bestandteil von diesem bildend, in einem dichtend (vgl. die Dichtung 44) auf die Pumpenbasis 3 aufgesetzten und mit dieser verschraubten (vgl. die Schrauben 45) Motorgehäuse 46 untergebracht, welches auch - unter einem Motorgehäusedeckel 47 - eine Motorsteuerung (vgl. die schematisch dargestellte Platine 48) aufnimmt und einen elektrischen Anschluss 49 aufweist. Er ist in grundsätzlich als solches bekannter Weise aufgebaut mit Polkernen 50, darauf aufgesetzten Wicklungsträgern 51, auf diesen aufgenommenen, über Anschlussleiter 60 an die Motorsteuerung angeschlossenen Spulenwicklungen 52, etc.
Die dichtende Anlage des ersten Pumpenrotors 4 und des zweiten Pumpenrotors 5 aneinander im Bereich der beiden Verzahnungen 12, 15 dergestalt, dass zwischen diesen - durch wandernde Kontaktlinien - voneinander abgegrenzte Kammern 26 gebildet sind, sowie die dichtende Anlage des zweiten Pumpenrotors 5 mit seiner Gleitfläche 18 an der Stützfläche 19 der Pumpenbasis 3 dergestalt, dass zwischen den beiden an der Stützfläche 19 ausgeführten, durch die beiden Stege 53 voneinander abgegrenzten Aussparungen 28, 29 kein strömungstechnischer Kurzschluss besteht, wird auf zwei Wegen erzielt. Zum einen sorgt eine Federanordnung mit einer Vorspannfeder 54, welche sich über ein mit dem Motorrotor 8 mitdrehendes, aus einem reibungsarmen Material gefertigtes Druckstück 55 an einem an dem frei auskragenden Endabschnitt 56 des Lagerzapfens 34 angeordneten Widerlager (Scheibe 57) abstützt und auf die freie Stirnseite des Motorrotors 8 wirkt, für eine axiale Vorspannung des - auf dem Lagerzapfen 34 auch axial gleitend gelagerten - Motorrotors 8 gegen den ersten Pumpenrotor 4, wodurch dieser gegen den zweiten Pumpenrotor 5 und letzterer hinwiederum gegen die Stützfläche 19 der Pumpenbasis 3 vorgespannt wird. Im Betrieb kommt noch eine hydraulische Anpressung hinzu, indem die druckseitige Aussparung 28 der Stützfläche 19 über zwei in die - die Gleitlagerung für den ersten Pumpenrotor 4 bildende - Aufnahme 10 eingearbeitete Kanäle (Fluidnuten 58) strömungstechnisch mit dem Innenraum des Motorgehäuses 46 verbunden ist. In diesem stellt sich somit im Betrieb der am druckseitigen Fluidanschluss 30 herrschende Druck ein. Dieser auch auf die freie Stirnfläche 59 des Motorrotors 8 wirkende Druck bewirkt eine zu der mechanischen Anpressung durch die Federanordnung gleichgerichtete, diese verstärkende hydraulische Anpressung des Motorrotors 8 an den ersten Pumpenrotor 4, des ersten Pumpenrotors 4 an den zweiten Pumpenrotor 5 und das zweiten Pumpenrotors 5 an die Stützfläche 19 der Pumpenbasis 3.
Zu erkennen ist in Fig. 4 eine an der Stützfläche 19 der Pumpenbasis 3 ausgeführte Rille 60, über welche ein an der Stützfläche 19 unmittelbar um den Lagerzapfen 34 herum ausgeführter Ringraum 61 strömungstechnisch an die druckseitige Aussparung 28 angeschlossen ist. Auf diese Weise ist durch den zentralen Durchbruch 36 des zweiten Pumpenrotors 5 hindurch auch die - den Lagerzapfen 34 mit Spiel umgebende - zentrale Bohrung 37 des ersten Pumpenrotors 4 fluidisch an die druckseitige Aussparung 28 angeschlossen.
Das in Fig. 7 veranschaulichte zweite Ausführungsbeispiel erschließt sich einem Fachmann weitestgehend durch die vorstehende, das erste Ausführungsbeispiel betreffende Erläuterung. Die einzige relevante Abweichung besteht in der Anordnung des den Druckanschluss der Motor-Pumpe-Einheit bildenden Fluidanschlusses 30'. Denn dieser ist nicht an der Pumpenbasis 3' angeordnet, sondern vielmehr an dem Motorgehäuse 46'. So sind die Fluidkanäle 58' Teil des Strömungswegs des geförderten Fluids von dem den Sauganschluss bildenden Fluidanschluss 31' zu dem mit dem Innenraum des Motorgehäuses 46' kommunizierenden Fluidanschluss 30'. Da im Übrigen keine relevanten Abweichungen bestehen, erübrigen sich weitergehende Erläuterungen; die gleichen Teile der beiden Ausführungsbeispiele sind mit identischen Bezugszeichen versehen.

Claims

Motor-Pumpe-Einheit zur Förderung eines Fluids, umfassend eine Pumpenbasis (3; 3'), einen bezüglich einer ersten Achse (X) drehbar gelagerten ersten Pumpenrotor (4), welcher mit dem Rotor (8) eines Elektromotors (6), dessen Stator (7) relativ zu der Pumpenbasis (3; 3') fixiert ist, drehgekoppelt ist, und einen um eine zweite Achse (Y), welche sich an einem Achsenschnittpunkt (M) mit der ersten Achse (X) unter einem von Null verschiedenen Winkel schneidet, drehbaren zweiten Pumpenrotor (5), wobei
- die beiden Pumpenrotoren (4, 5) miteinander kämmende Verzahnungen (12, 15) mit einer um eins voneinander abweichenden Anzahl an Zähnen (13, 16) aufweisen dergestalt, dass zwischen den beiden Verzahnungen (12, 15) eingeschlossene Kammern (26) beim Umlauf der beiden Pumpenrotoren (4, 5) um die jeweilige Achse (X, Y) ihr Volumen vergrößern bzw. verkleinern,

- der erste Pumpenrotor (4) radial außerhalb der zugeordneten Verzahnung (12) einen Kragen (20) mit einer zu dem Achsenschnittpunkt (M) sphärischen Innenwand (21) aufweist, an welcher der zweite Pumpenrotor (5) mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Außenfläche (22) dergestalt anliegt, dass die Kammern (26) radial außen durch die sphärische Innenwand (21) des Kragens (20) begrenzt sind,

- der zweite Pumpenrotor (5) radial innerhalb der zugeordneten Verzahnung (15) einen kuppelförmigen Bereich (23) mit einer zu dem Achsenschnittpunkt (M) sphärischen Außenwand (24) aufweist, an welcher der erste Pumpenrotor (4) mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Innenfläche (25) dergestalt anliegt, dass die Kammern (26) radial innen durch die sphärische Außenwand (24) des kuppelförmigen Bereichs (23) begrenzt sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die der zugeordneten Verzahnung (15) abgewandte Stirnseite (17) des zweiten Pumpenrotors (5) als Gleitfläche (18) ausgeführt ist, mittels derer sich der zweite Pumpenrotor (5) an einer an der Pumpenbasis (3; 3') ausgeführten, zu der zweiten Achse (Y) senkrechten Stützfläche (19) abstützt,

- der zweite Pumpenrotor (5) eine der Anzahl der Zähne (16) von dessen Verzahnung (15) entsprechende Anzahl von Fluiddurchbrüchen (27) aufweist, welche in jeweils einen Zahnzwischenraum münden, und

- an der Stützfläche (19) zwei voneinander getrennte Aussparungen (28, 29) vorgesehen sind, welche mit unterschiedlichen an der Motor-Pumpe-Einheit ausgeführten Fluidanschlüssen (30, 31; 30', 31') strömungstechnisch kommunizieren.
Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) und der Motorrotor (8) zu einer starren baulichen Einheit gefügt sind oder der Motorrotor (8) integraler Bestandteil des ersten Pumpenrotors (4) ist.
Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) und der Motorrotor (8) drehfest-axialverschiebbar miteinander gekoppelt sind.
Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) bezüglich der ersten Achse (X) axial verschieblich gelagert ist, wobei der erste Pumpenrotor (4) mittels einer mechanischen Vorspannfeder (54) zur Anlage von dessen Verzahnung (12) an der Verzahnung (15) des zweiten Pumpenrotors (5) vorgespannt ist.
Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Motorrotor (8) bezüglich der ersten Achse (X) axial verschieblich gelagert ist, wobei die Vorspannfeder (54) stirnseitig auf den Motorrotor (8) wirkt.
Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) und/oder der Motorrotor (8) dergestalt in einen mit jenem Fluidanschluss (30; 30'), welcher beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit dessen Druckanschluss bildet, kommunizierenden Druckraum eintauchen, dass auf den ersten Pumpenrotor (4) eine die Anlage der Verzahnung (12) des ersten Pumpenrotors (4) an der Verzahnung (15) des zweiten Pumpenrotors (5) steigernde hydraulische Axialkraft einwirkt.
Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) an seinem Umfang in einer an der Pumpenbasis (3; 3') ausgeführten gleitlagerartigen Aufnahme (10) gelagert ist.
Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die gleitlagerartige Aufnahme (10) mindestens ein strömungstechnisch mit dem Innenraum eines Motorgehäuses 46 verbundener, insbesondere als Fluidnut (58; 58') ausgeführter Kanal eingearbeitet ist.
Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Pumpenrotor (5) ringförmig ausgeführt ist mit einem zentralen Durchbruch (36) und dass ein relativ zu der Pumpenbasis (3; 3') feststehender, zu der ersten Achse (X) koaxialer Lagerzapfen (34) vorgesehen ist, der durch den zentralen Durchbruch (36) des zweiten Pumpenrotors (5) hindurchtritt.
Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (34) auch durch den ersten Pumpenrotor (4) hindurchtritt und dass auf ihm der erste Pumpenrotor (4) und/oder der Motorrotor (8) um die erste Achse (X) drehbar gelagert ist.
Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (34) an seinem der Pumpenbasis (3; 3') abgewandten Ende (56) frei auskragt.
Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich an dem Lagerzapfen (34) eine stirnseitig auf den Motorrotor (8) wirkende Vorspannfeder (54) abstützt.
Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Fluidanschlüsse (30') an einem mit der Pumpenbasis (3; 3') dichtend verbundenen, den Stator (7) des Elektromotors (6) aufnehmenden Motorgehäuse (46') ausgeführt ist.
Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (8) von Fluid, welches beim Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit durch diese gefördert wird, umströmt ist.
Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass keine eine Führung des zweiten Pumpenrotors (5) quer zu der zweiten Achse (Y) bewirkende radiale Lagerung des zweiten Pumpenrotors (5) an der Pumpenbasis (3; 3') oder einem Gehäuseteil vorgesehen ist.