WO2013000745A2 - Mikropumpe sowie lagerelement für eine mikropumpe und arbeitsverfahren - Google Patents

Mikropumpe sowie lagerelement für eine mikropumpe und arbeitsverfahren Download PDF

Info

Publication number
WO2013000745A2
WO2013000745A2 PCT/EP2012/061514 EP2012061514W WO2013000745A2 WO 2013000745 A2 WO2013000745 A2 WO 2013000745A2 EP 2012061514 W EP2012061514 W EP 2012061514W WO 2013000745 A2 WO2013000745 A2 WO 2013000745A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bearing
rotor
bearing element
micropump
shaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/061514
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013000745A3 (de
WO2013000745A4 (de
Inventor
Sven Reimann
Gerald Voegele
Thomas Weisener
Original Assignee
Hnp Mikrosysteme 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 Hnp Mikrosysteme Gmbh filed Critical Hnp Mikrosysteme Gmbh
Priority to CN201280038326.2A priority Critical patent/CN103732921B/zh
Priority to EP12728264.8A priority patent/EP2726740B1/de
Priority to US14/129,475 priority patent/US9404492B2/en
Publication of WO2013000745A2 publication Critical patent/WO2013000745A2/de
Publication of WO2013000745A3 publication Critical patent/WO2013000745A3/de
Publication of WO2013000745A4 publication Critical patent/WO2013000745A4/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10Rotary-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/10Outer members for co-operation with rotary pistons; Casings
    • F01C21/104Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber
    • F01C21/108Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber with an axial surface, e.g. side plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0003Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • F04C15/0007Radial sealings for working fluid
    • F04C15/0019Radial sealing elements specially adapted for intermeshing-engagement type machines or pumps, e.g. gear machines or pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0003Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • F04C15/0023Axial sealings for working fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0088Lubrication
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/06Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/086Carter
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10Rotary-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
    • F04C2/102Rotary-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/50Bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/60Shafts
    • F04C2240/605Shaft sleeves or details thereof

Definitions

  • the present invention relates to a micropump, in particular of small and smallest size and a bearing element for such a pump.
  • a micropump serves one
  • a generic micropump operates on the principle of a gear pump. It has an inner rotor with an outer toothing and an outer rotor with an inner toothing. The external toothing of the inner rotor is in meshing engagement with the inner toothing of the outer rotor.
  • the two axes of inner and outer rotor are offset from each other by an eccentricity. Due to this axial offset, the two engaged rotors form between them a pumping chamber or a plurality of pumping chambers, which cyclically change or change in terms of their size and position due to rotation of the rotors.
  • Such a micropump is known for example from WO00 / 17523 AI.
  • An inner rotor and an outer rotor are meshed with each other and arranged, both the inner rotor and the outer rotor are rotatably disposed in a sleeve.
  • the inner rotor is torsionally coupled to a shaft.
  • the axis of the outer rotor is offset, so that an eccentric unrolling of the inner rotor with its outwardly directed teeth on the inwardly directed tooth structure of the outer rotor and forming according to the number of teeth dimensioning axial sealing lines, in pairs one Define delivery chamber.
  • the pump head has a shaft that protrudes from the front for coupling a motor.
  • Five disc-shaped elements form as a cylinder elements a housing structure, starting with a housing shaft seal, a Ausretesnierenplatte and a rotor receiving plate, followed by a fluid guide and a closure cap.
  • a bore is provided, which is offset eccentrically relative to the axis of the shaft for driving the inner wheel, so that the outer rotor is mounted eccentrically in the rotor receiving plate.
  • the Aus On one side of the outer rotor and inner rotor is the Ausretesnierenplatte and on the opposite side of the fluid guide plate each end directly to it.
  • Both plates have, facing the rotor, an inlet and outlet kidney on the side of the fluid supply and mirror-image compensating kidneys to create a hydraulic equilibrium on the opposite side. This results in a U-shaped fluid flow from the inlet via the inlet kidney to the rotating pump chambers toward the outlet and back to the lead-out radially in the data sheet mzr ® 4600 outlet.
  • DE B 33 10 593 (White) shows a housing structure for a pump assembly, which realizes an eccentrically operating Gerotor together with a wobble rod. At the end not penetrated by the shaft is centrally an outlet and radially offset an inlet provided while intermediate therebetween several channel segments having intermediate plates are provided. With only three plate-shaped structures, DE A 24 08 824 works
  • Bearing disks are provided for the shaft. Also with channel segments in a built-up of several discs housing structure, the CH A 661 323 (Weber), composed in the manner of a kit of several easily assemble, replaceable and supplemental components a gear pump, actually describes a housing for receiving such a pump.
  • the present invention has for its object to provide a micropump with a minimized number of
  • the seal of the pump should be simplified and in particular make do without dynamic seals. Finally, lubrication, flushing and temperature control of the bearing of the micropump should be realized safely and easily despite their small size.
  • Outer rotor is mounted eccentrically to the inner rotor in a rotor receptacle in the radial direction, so that between the inner and outer rotor, a fluid chamber is designed as a delivery chamber, the bearing element leading from the delivery chamber to the high pressure outlet
  • Fluid passage for fluid conveyed and the bearing element at least one radial bearing for the shaft and a thrust bearing for the inner and the outer rotor in at least one axial direction forms (claim 1). It is further achieved by a bearing element for a shaft of a geared micropump with an inner and an outer rotor, wherein in the bearing element, a fluid passage for fluid conveyed by the micropump is formed and the bearing element, a first radial bearing and a second radial bearing for the shaft and a Axial bearing for the arranged at an end receiving the shaft or can be arranged inner rotor in at least one axial direction (claim 11).
  • the method the object is achieved by a method for conveying a fluid by means of a micropump, preferably according to one of claims 1 to 10 and preferably comprising
  • Bearing element according to one of claims 11 to 14, wherein at least one radial bearing of a micropump driving shaft is flushed and / or lubricated by means of subsidized fluid (Anspruchl4).
  • Inner and outer rotor form in one embodiment of the invention, a gerotor or gerotor pump or an internal gear pump. The externally toothed inner rotor is received in the internal geared outer rotor.
  • the axes of rotation of inner rotor and outer rotor are offset in the radial direction by an eccentricity. This is preferably done via a corresponding positioning of the inner rotor bearing shaft relative to the
  • External rotor bearing rotor mount For example, the bearing element, and thus also the shaft radially mounted therein, and the rotor seat can be centered in the axial direction to one another.
  • Rotor receptacle is then not arranged centrally in this, but shifted by the said eccentricity.
  • the axial centering or positional positioning of the bearing element and rotor receptacle to one another can take place via a housing arranged at least partially around it, in particular an annular or sleeve-like housing. This can also align and center other elements of the pump relative to the bearing element and rotor seat, for example the kidney plate.
  • Bearing element, rotor seat and possibly kidney plate to each other about the axial direction can preferably be effected by means of a projecting pin member or the like.
  • the thickness of inner and outer rotor in the axial direction is tuned according to the invention to the thickness of the rotor seat in the axial direction. It may in particular have a small undersize, preferably in a range of 2 to 10 ⁇ .
  • the inner rotor can be driven by the shaft according to a particular form of the invention and in turn the
  • inner and outer rotors have different numbers of teeth. The teeth roll off each other and form on each side of a tooth gap sealing lines, so that everyone
  • Interdental space represents a delivery chamber.
  • the movement described above for a delivery chamber applies simultaneously to all existing delivery chambers of a
  • Gerotor pump which at a current time each have a different volume between a respective pair of sealing lines, so that when operating the pump results in a highly uniform flow rate with high ability to miniaturize the entire microsystem structure.
  • a gerotor pump In the case of a gerotor pump is in the free volume between the inner and outer rotor a tooth spaces between them during rotation sealing, usually Crescent-shaped sealing element arranged.
  • the delivery chambers formed between the inner and outer rotors deliver fluid from a low pressure fluid inlet or an inlet kidney to a high pressure fluid outlet or an outlet kidney.
  • the tolerance chain is shortened in an advantageous manner.
  • Individual parts of the pump such as inner and outer rotor, rotor seat, bearing element and possibly kidney plate are designed so that the necessary but costly precision is concentrated on the smallest possible number of parts.
  • the short chains of tolerances made possible by the compact structure make it possible to increase the tolerances of the individual components, which leads to a further simplification of the production and reduction of the production outlay and the production costs.
  • the core of the pump is the bearing element, the shaft, the rotor set of inner and
  • the bearing element is the component with the greatest functional integration. It forms according to the invention at the same time a radial bearing for the shaft, a thrust bearing for the inner and outer rotor in at least one axial direction and a fluid passage for fluid conveyed by the rotors.
  • the radial bearing of the shaft and thus of the inner rotor arranged thereon takes place according to the invention by or in the bearing element.
  • the shaft is supported in the radial direction exclusively and directly by the bearing element.
  • the one or more radial bearings is or are preferably placed on one side of the rotor assembly and formed as a sliding bearing. They can be arranged in particular outside the actual micropump, so that the bearing diameter can be made correspondingly large.
  • the or The radial bearings of the shaft can be formed outside of the fluid guide formed in the bearing element, which in turn the diameter of the bearing or the bearing is little limited. Overall, larger bearing diameters are possible and there is a minimization of occurring bearing forces and consequently to a longer service life and reliability of the pump.
  • the lubricating film in the bearing builds up through higher
  • the bearing element has a first radial bearing and a second radial bearing, wherein the diameter of the first radial bearing is greater than the diameter of the second radial bearing.
  • the diameter of the first radial bearing is at least 6 mm, preferably at least 6.5 mm, and the diameter of the second radial bearing at most 5 mm. Due to the different sized bearing diameter one of the two bearings can be adapted to the small dimensions of the micropump and in particular to the diameter of the inner rotor.
  • the bearing diameter (of the smaller radial bearing) is determined by the dimensions of the arranged on the shaft inner rotor. It is due to the assembly larger than the inner diameter or the inner dimension of the arranged on the shaft inner rotor. In order to allow a conditioning and sealing of the inner rotor on the bearing element, it must be smaller than the root diameter of the inner rotor. Because of the micropumps small dimensions of the inner rotor is the
  • Bearing diameter of the inner rotor side bearing therefore limited.
  • the other bearing, namely the larger bearing diameter, however, is suitable to accommodate relatively high bearing forces.
  • the fluid passage is fluidically connected to at least one radial bearing.
  • the radial bearings in the form of depressions or holes, in particular through holes or through holes in the
  • Bearing element formed. Their radial inner surfaces form bearing surfaces of appropriate surface quality and accuracy for the shaft.
  • the radial bearing formed in the bearing element and the fluid passage are preferably formed and arranged so that they at least partially cross and overlap each other.
  • the shaft then projects at least in sections through the fluid passage. It is surrounded by fluid pumped by the micropump. The fluid penetrates with advantage into the bearing gap of the plain bearings designed as a radial bearing and serves as a lubricant, lubricants and / or detergents.
  • Bearing element opposite side of the rotor receiving a kidney plate be arranged, which has a fluid supply to and / or a fluid discharge from the rotor receptacle (claim 6).
  • the kidney plate for the inner rotor or the outer rotor or both may form a thrust bearing in the other axial direction.
  • the end face of the bearing element facing the rotor receptacle can serve as an axial bearing and sealing surface for the inner rotor and / or the outer rotor.
  • the end face of the kidney plate facing the rotor receptacle can serve as an axial bearing and sealing surface for the inner rotor and / or the outer rotor.
  • the pump may have a ceramic or hard metal element which is arranged on the side of the bearing element lying opposite the rotor receptacle and forms an axial floating bearing for the shaft.
  • This particular pin-shaped ceramic or hard metal element may be arranged in a particular mushroom-shaped PTFE element, which acts as a spacer between the shaft and / or magnet on the one hand and the upper housing part on the other.
  • the shaft wi preferably by the fluid pressure generated by the micropump in the direction of
  • At least one kidney-shaped cavity may be formed on the rotor-side end face of the bearing element. This serves for the high-pressure side emptying of the delivery chamber of the delivery chamber formed between the inner and outer rotor.
  • at least one kidney-shaped cavity can be formed on the rotor-side end face of the bearing element, which serves for the low-pressure side filling of the delivery chamber of the delivery chamber formed between the inner and outer rotor.
  • the cavities are used for fluidic control.
  • the front surface advantageously has a low surface roughness and a closely toleranced flatness. It can serve in particular as a bearing and / or sealing surface for the rotor set.
  • Bearing element, shaft, rotor set of inner and outer rotor and rotor seat and possibly other standing with the shaft and the rotor set in contact elements or units such as the kidney plate are preferably received in a hermetically sealed housing and protrude from this not out.
  • the pump can be operated advantageously in long-term applications and in the chemistry of hazardous or volatile media.
  • Rotor set can be achieved by a two- or multi-part housing with a lower housing and a housing cover.
  • the housing cover can in particular by means of a
  • Downholder be arranged on the lower housing. All moving functional parts or parts thereof and with the delivered fluid directly into contact parts are preferably completely received in the housing and do not protrude from this.
  • the individual components of the housing can be replaced by static sealing, e.g. O-ring seals, sealed against each other. A seal from the housing projecting moving parts with elaborate and wear-prone dynamic seal is not necessary.
  • the housing is designed so that medium can flow through the lower housing and then sucked by the kidney plate flowing from the formed between the rotors delivery chamber or the delivery chambers. The medium is then via the formed in the bearing element fluid guide through the
  • the fluid flows through a cavity surrounded by the housing cover, in which the
  • Bearing element at least partially and optionally further functional units of the micropump are arranged.
  • the pumped fluid flows around the bearing element and optionally these functional units, in particular the inner magnet system.
  • fluid passes into the region of and to the radial bearings of the shaft and there causes lubrication and additionally or optionally flushing.
  • the fluid can cause a temperature of the bearing element and other functional units such as in particular of the inner magnet system.
  • the fluid flows through one of
  • Housing cover surrounded cavity in which the bearing element at least partially and optionally further functional units of the micropump are arranged.
  • the pumped fluid flows around the bearing element and optionally these functional units, in particular the inner magnet system.
  • fluid passes into the area of the radial bearings and into the radial bearings of the shaft, where it effects lubrication and additionally or optionally flushing.
  • the fluid can cause a temperature of the bearing element and other functional units such as in particular of the housing cover.
  • Lower housing part may advantageously have fluid passages as inlet and outlet and be aligned with respect to the rotor seat in the radial direction, preferably by means of a pin member.
  • the bearing element may further be centered by the upper housing part relative to the lower housing part and the housing.
  • the pump may have a heating and / or cooling device, in particular a coolant guide for cooling the den
  • the pump may comprise an outer housing which is provided in addition to the housing and together with the housing upper part forms a gap space therebetween, through which coolant flows, so that a temperature control medium can flow between the housing and the outer housing.
  • the drive of the pump can preferably be effected via a magnet system.
  • a magnet can be arranged or formed on the shaft or interact with it.
  • This magnet hereinafter referred to for ease of understanding as an inner magnet, since it is arranged according to a form of the invention in the housing of the pump, cooperates with an outer impressed rotating magnetic field, so that the shaft is rotationally driven.
  • the outer magnet system is preferably located outside the housing and generates a rotating magnetic field which in turn causes the inner magnet to rotate together with the shaft. In such a drive via a rotating
  • Magnetic field can according to the invention without further the surrounding the inner magnet functional units of the pump, such. B. the bearing element and the housing cover, made of metal, as can be avoided by the pumped by the pump fluid and / or additional coolant undesired heating, for example by eddy currents.
  • the rotation of the outer magnet system outside the housing can be achieved by a permanent magnet system.
  • the seated on the shaft inner magnet system and optionally external magnets is / are preferably made of higher quality
  • the inner magnet system can additionally be encapsulated, so that even aggressive media can be conveyed.
  • the material used for the bearing element, the rotor seat, the kidney plate, the shaft and the rotors are preferably used oxide ceramics, non-oxide ceramics or hard metal. As a result, a high stability is achieved. The use of hardened steels or plastics is also possible. Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of preferred and non-limiting embodiments as a micropump with reference to FIGS. Showing:
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a pump according to the invention in one
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a pump according to the invention in a sectional view (high pressure variant)
  • FIGS. 1 and 2 are perspective sectional views of the bearing element of the pump according to FIGS. 1 and 2.
  • the micropump 1 according to the invention shown in FIG. 1 is designed for a pressure range from 0 bar to 60 bar.
  • the pump 1 is a gerotor pump and comprises a shaft 2, on whose lower end in the figure an inner rotor 3 is arranged (not shown in Fig. 1).
  • the lower end of the shaft 2 is formed with a polygonal receptacle 35, on which the inner rotor 3 is arranged rotationally fixed.
  • the shaft 2 is received by means of a first radial bearing 4 and a second radial bearing 5 in a bearing element 6 and mounted in the radial direction.
  • a rotor receiving plate 10 is arranged as a rotor receiving.
  • a kidney plate 11 is arranged at the bearing element 6 opposite side of the rotor receiving plate 10.
  • the bearing element 6 is substantially cylindrical and, at its lower end in the figure, has a region 7 which is widened in relation to its remaining diameter, so that an annular circumferential contact shoulder 8 is formed.
  • Bearing element 6, rotor receiving plate 10 and kidney plate 11 are aligned and centered on a housing forming sleeve 12 to each other in the radial direction.
  • the shaft 2 In the region of the first rotor-near radial bearing 4, the shaft 2 has a first diameter. In the region of the second rotor-distal radial bearing 5, the shaft 2 has a diameter which is wider than the first diameter. Due to the large bearing diameter at the rotor radial bearing 5 remote bearing forces are low.
  • Gears are in meshing engagement with each other. Due to the aforementioned eccentricity, a delivery cavity is formed between inner and outer rotor, which can not be seen in the figures.
  • the inner surface 3 facing the end face 9 of the bearing element 6 is designed as a thrust bearing for the inner rotor 3 and the outer rotor 10.
  • the end face 9 has for this purpose a low surface roughness, for example in a range of Ra 0.1 and a closely toleranced flatness.
  • a pin 36 is received in a PTFE sleeve 37 in a containment shell 15 as a housing cover. Pin 36 and PTFE sleeve 37 form a Axialloslager for the shaft 2 and serve as spacers for an inner magnet 32 described below.
  • the height of the sleeve 12 in the axial direction of the shaft 2 is tuned to the thicknesses of kidney plate 11, rotor receiving plate 10 and flared portion 7 and is slightly smaller than the sum of the thicknesses of these components, so that these centered on the sleeve 12 and a lower housing part 14th and a split pot 15 can be clamped defined as a housing cover in the axial direction.
  • the thickness of the inner and outer rotor in the axial direction of the shaft 2 is matched to the thickness of RotorabilityplattelO, so that inner and outer rotor in this and between the end face 9 of the bearing element 6 and the kidney plate 11 as thrust bearing with the required smoothness with simultaneous tightness can rotate.
  • the housing lower part 14 has an inlet passage 16 (low pressure port) and an outlet passage 17 (high pressure outlet).
  • the split pot 15 is formed in the high-pressure variant of the pump shown in FIG. 2 is relatively solid and is about a
  • the containment shell 15 is less solid and not directly, but arranged on a downholder 38 on the lower housing part 14 and braced against the sleeve 12.
  • the hold-down 38 is not in fluid contact and can thus consist of a less high-quality material.
  • the lower housing part 14 has a recess in which the sleeve 12 and the kidney plate 11 and the rotor retainer plate 10 received therein are accommodated.
  • Housing base 14 is centered on this recess through the sleeve 12. It is the
  • kidney plate 11 Furthermore, via a pin, not shown in the figures, to the kidney plate 11
  • the kidney plate 11 is made of ceramic and has a low-pressure side inlet kidney 19 and a high-pressure side outlet opening 20. Due to the radial alignment of
  • the inlet kidney 19 is further formed so as to be formed with the central recess of the rotor-receiving plate, and more specifically, the inner rotor 3 and the outer rotor 13 formed therein
  • Conveying chamber overlapped and fluidically connected.
  • External rotor 13 formed delivery chamber and is fluidically connected thereto.
  • External rotor 13 formed delivery chamber and is fluidically connected thereto.
  • the inlet passage 16 and the inlet kidney 19 is a first low-pressure side supply line to the delivery chamber and via the inlet passage 16, the inlet kidney 19, the
  • a high pressure side fluid passage is formed in the bearing element 6. This consists essentially of a Auslassniere 24, introduced in the radial direction
  • Bag lowering 25 a first edge recess 26 and a second edge recess 27 with subsequent high pressure outlet 28.
  • the high pressure outlet 28 overlaps with the
  • Outlet opening 22 of the rotor receiving plate 10 and is connected via this and the outlet opening 20 fluidly connected to the high pressure side outlet passage 17.
  • the first and the second edge recess 26, 27 are introduced into the bearing element 6 on the edge side and open in the axial direction (in the figures upward) and in the radial direction to the outside of the bearing element 6.
  • a compensating kidney 39 is formed in the kidney plate 11. This generates high-pressure hydraulic equilibrium or hydraulic compensation on the rotor set.
  • the split pot 15 is, as already explained, via the screw 18 with the
  • the containment shell 15 has a central recess 31, in which the bearing element together with the shaft 2 mounted therein is received with an inner magnet 32 described in more detail below. Between the radial outer surface 33 of the bearing element 6 and the inner wall of the recess 31 facing the bearing element 6 there is a gap 34, which forms part of the high-pressure-side fluid passage. Compressed fluid flows out of the delivery chamber via the outlet kidney 24 and the bag sump 25 into the first peripheral recess 26. From there, the fluid is distributed via the gap 34 around the entire head region of the bearing element 6 into the intermediate space
  • Rotor receiving plate 10 and is the outlet opening 20 to the high pressure side
  • Outlet passage 17 By in the gap surrounded by the gap 15 cavity, in particular in the space between the bearing element 6 and gap pot 15, flowing fluid both the bearing element 6 with all functional units contained therein (eg rotorfernes radial bearing 5) and the inner magnet 32 and the Slit pot tempered, in particular cooled.
  • the radial bearings 4, 5 are lubricated and / or rinsed.
  • This cooling is particularly in view of the drive of the pump over the
  • the inner magnet 32 is rotatably mounted on the rotor remote end of the shaft 2. It cooperates with an external magnet system, not shown in the figures, which is arranged outside the hermetic housing of the pump formed by housing bottom part 14 and containment shell 15.
  • the outer magnet system generates a rotating magnetic field which sets the inner magnet 32 designed as a permanent magnet in rotation about the axis of rotation of the shaft 2. This rotates together with the inner rotor 3 arranged thereon, which meshes with the outer rotor 13 and sets it in rotation in the recess receiving it in the rotor receiving plate 10. Due to the rotating magnetic field of the magnets, depending on the nature of the gap pot 15 and the
  • Bearing element 6 used material for inductive heating, wherein the resulting heat can be removed via the fluid flowing through the gap pot.
  • Another advantage of the promotion of the medium through the cavity surrounded by the gap pot 15 is that a failure of the pump can be excluded by accumulated gas bubbles. Dead space is minimized by the active flow through the entire pump, including the containment shell.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mikropumpe, mit einem auf einer Welle angeordneten Innenrotor und einen Außenrotor, die eine Rotoreinheit mit einer Förderkammer für Fluid ausbilden, wobei die Pumpe ein multifunktionales Lagerelement für die Welle mit verbesserter Schmierung aufweist, ein Lagerelement für eine Mikropumpe und ein Arbeitsverfahren.

Description

Mikropumpe sowie Lagerelement für eine Mikropumpe und Arbeitsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikropumpe, insbesondere von kleiner und kleinster Baugröße und ein Lagerelement für eine solche Pumpe. Eine solche Pumpe dient einer
Förderung von Fluid oder Medium von einem Niederdruckeinlass zu einem Hochdruckauslass und besitzt eine Größenordnung von weniger als 30, vorzugsweise von weniger als 20 mm und besonders bevorzugt von weniger als 10 mm, (Höchstmaß einer Abmessung einer Mikropumpe, insbesondere Höchstmaß des Außendurchmessers des Außenrotors). Sie betrifft auch ein Verfahren zum Fördern eines Fluides mittels einer solchen Mikropumpe.
Eine gattungsgemäße Mikropumpe arbeitet nach dem Prinzip einer Zahnradpumpe. Sie weist einen Innenrotor mit einer Außenverzahnung und einen Außenrotor mit einer Innenverzahnung auf. Die Außenverzahnung des Innenrotors steht mit der Innenverzahnung des Außenrotors in kämmendem Eingriff. Die beiden Achsen von Innen- und Außenrotor sind gegeneinander um eine Exzentrizität versetzt angeordnet. Aufgrund dieses Achsversatzes bilden die beiden in Eingriff stehenden Rotoren zwischen sich eine Pumpkammer oder mehrere Pumpkammern aus, die sich aufgrund von Rotation der Rotoren hinsichtlich ihrer Größe und Lage zyklisch ändert bzw. ändern.
Eine solche Mikropumpe ist beispielsweise aus der WO00/17523 AI bekannt. Ein Innenrotor und ein Außenrotor sind miteinander kämmend ausgebildet und angeordnet, sowohl der Innenrotor als auch der Außenrotor sind drehbar in einer Hülse angeordnet. Der Innenrotor ist mit einer Welle drehstarr gekoppelt. Gegenüber der Achse dieser Welle ist die Achse des Außenrotors versetzt, so dass eine exzentrische Abrollung des Innenrotors mit seinen nach außen gerichteten Zähnen auf der nach innen gerichteten Zahnstruktur des Außenrotors erfolgt und sich nach der Anzahl der Zähne bemessend axiale Dichtlinien bilden, die jeweils paarweise eine Förderkammer definieren. Diese Förderkammern erweitern sich in Drehrichtung auf der Saugseite, nehmen dort Fluid auf und fördern es über eine gedachte, durch die Achse verlaufende Mittelebene herüber auf die Druckseite, auf der sich die soeben herübergetretene Förderkammer im Zuge der weiteren Drehung stetig verkleinert, bis sie praktisch zu Null wird und auf der gegenüberliegenden Seite der Mittelebene wieder zurück auf die Saugseite geführt wird. Hier beginnt die genannte Pumpenkammer sich wieder stetig mit der Drehbewegung zu öffnen, so dass sich der Zyklus schließt. Die für eine Förderkammer beschriebene Bewegung gilt simultan für alle bestehenden Förderkammern, die zu einem momentanen Zeitpunkt jeweils ein unterschiedliches Volumen zwischen einem jeweiligen Paar von Dichtlinien haben, so dass sich bei Betrieb der Pumpe ein höchst gleichmäßiger Förderstrom bei hoher Fähigkeit zur Miniaturisierung des gesamten Mikrosystemaufbaus ergibt. Gattungsgemäße Pumpen und Mikropumpen, insbesondere der vorbeschriebenen Art, sind in einem Gehäuse aufgenommen, das die Pumpe schützt und gegenüber der Umgebung abdichtet. Eine mögliche Gehäuseform zur Aufnahme einer solchen Mikropumpe ist aus einem Datenblatt "Pumpenkopf mzr® 4600" der HNP Mikrosysteme GmbH bekannt. Dieser
Pumpenkopf besitzt eine Welle, die stirnseitig zur Ankopplung eines Motors hervorsteht. Fünf scheibenförmige Elemente bilden als Zylinderelemente einen Gehäuseaufbau, beginnend mit einer Gehäusewellendichtung, einer Ausgleichsnierenplatte und einer Rotoraufnahmeplatte, gefolgt von einer Fluidführung und einem Verschlussdeckel. In der Rotoraufnahmeplatte ist eine Bohrung vorgesehen, die gegenüber der Achse der Welle zum Antrieb des Innenrades exzentrisch versetzt ist, so dass der Außenrotor in der Rotoraufnahmeplatte außermittig gelagert ist. Auf einer Seite von Außenrotor und Innenrotor liegt die Ausgleichsnierenplatte und auf der gegenüberliegenden Seite die Fluidführungsplatte jeweils stirnseitig direkt daran an. Beide Platten besitzen zum Rotor gerichtet eine Eingangs- und Ausgangsniere auf der Seite der Fluidzuführung und spiegelbildlich angeordnete Ausgleichsnieren zur Schaffung eines hydraulischen Gleichgewichts auf der gegenüberliegenden Seite. Damit ergibt sich ein U- förmiger Fluidstrom vom Einlass über die Einlassniere zu den rotierenden Pumpenkammern, hin zum Auslass und zurück zu dem in dem Datenblatt mzr® 4600 radial herausgeführten Auslass.
Die DE B 33 10 593 (White) zeigt einen Gehäuseaufbau für eine Pumpenanordnung, die zusammen mit einer Taumelstange einen exzentrisch arbeitenden Gerotor realisiert. Am von der Welle nicht durchsetzten Ende ist zentral ein Auslass und dagegen radial versetzt ein Einlass vorgesehen, während dazwischen mehrere Kanalsegmente aufweisende Zwischenplatten vorgesehen sind. Mit nur drei plattenförmigen Aufbauten arbeitet die DE A 24 08 824
(McDermott), die das Gerotor-Prinzip im Zusammenhang mit einer Kompensation von
Abnutzungserscheinungen der miteinander kämmenden Zähne zeigt, wobei Kanalsegmente im direkt angrenzenden Bereich zwischen einer inneren Scheibe und den beiden äußeren
Lagerscheiben für die Welle vorgesehen sind. Auch mit Kanalsegmenten in einem aus mehreren Scheiben aufgebauten Gehäuseaufbau befasst sich die CH A 661 323 (Weber), der nach Art eines Baukastens aus mehreren leicht zusammenstellbaren, ersetzbaren und ergänzbaren Bauteilen eine Zahnradpumpe zusammensetzt, dabei eigentlich ein Gehäuse zur Aufnahme einer solchen Pumpe beschreibt.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Pumpen mit Gehäuse ist es von Nachteil, dass diese zahlreiche Einzelbauteile aufweisen, insbesondere solche, die für einen zuverlässigen Betrieb der Pumpe mit besonderer Präzision gefertigt sein müssen. Es muss mit sehr engen Toleranzen gefertigt werden, damit die durch die zahlreichen Einzelteile letztlich bestimmte Aufnahme der Rotoren im Gehäuse mit ausreichender Dichtigkeit bei gleichzeitig guter Lagerung erfolgen kann. Des Weiteren muss jedes an ein anderes Einzelteil gefügte Bauelement hinreichend gedichtet sein, insbesondere, wenn es mit bewegten Elementen der Pumpe in Kontakt steht oder von diesen durchgriffen ist. Wellendichtungen müssen dynamisch ausgeführt sein, was zu einem erhöhtem Wartungsaufwand und Kosten führt. Die Montage ist durch die hohe Teilezahl erschwert.
Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Mikropumpe vorzusehen, die mit einer minimierten Anzahl von
Präzisionsteilen und einfacher Montage mit hohen Präzisionsanforderungen
fertigungsoptimiert und kostengünstig realisiert werden kann. Die Dichtung der Pumpe soll vereinfacht sein und insbesondere ohne dynamische Dichtungen auskommen. Schließlich soll eine Schmierung, Spülung und Temperierung der Lager der Mikropumpe trotz deren kleinen Abmessungen sicher und einfach realisiert werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine Mikropumpe zur
Förderung von Fluid von einem Niederdruckeinlass zu einem Hochdruckauslass, aufweisend einen Innenrotor mit einer Außenverzahnung, einen Außenrotor mit einer Innenverzahnung und ein Lagerelement, wobei die Außenverzahnung des Innenrotors mit der Innenverzahnung des Außenrotors kämmt, der Innenrotor drehfest auf einer Welle angeordnet ist, der
Außenrotor exzentrisch zum Innenrotor in einer Rotoraufnahme in radialer Richtung gelagert ist, so dass zwischen Innen- und Außenrotor eine Fluidkammer als Förderkammer ausgebildet ist, das Lagerelement einen von der Förderkammer zum Hochdruckauslass führenden
Fluiddurchlass für gefördertes Fluid aufweist und das Lagerelement wenigstens ein Radiallager für die Welle und ein Axiallager für den Innen- und den Außenrotor in wenigstens einer axialen Richtung ausbildet (Anspruch 1). Sie wird des Weiteren gelöst durch ein Lagerelement für eine Welle einer Zahnradmikropumpe mit einem Innen- und einem Außenrotor, wobei in dem Lagerelement ein Fluiddurchlass für durch die Mikropumpe gefördertes Fluid ausgebildet ist und das Lagerelement ein erstes Radiallager und ein zweites Radiallager für die Welle sowie ein Axiallager für den an einer endseitigen Aufnahme der Welle angeordneten oder anordbaren Innenrotor in wenigstens einer axialen Richtung aufweist (Anspruch 11). Verfahrensseitig wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Fördern eines Fluides mittels einer Mikropumpe, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und vorzugsweise aufweisend ein
Lagerelement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei wenigstens ein Radiallager einer die Mikropumpe antreibende Welle mittels geförderten Fluides gespült und/oder geschmiert wird (Anspruchl4). Innen- und Außenrotor bilden in einer Ausführungsform der Erfindung eine Zahnring- oder Gerotorpumpe oder eine Innenzahnradpumpe aus. Der au en verzahnte Innenrotor ist in dem innenverzahnten Außenrotor aufgenommen. Die Drehachsen von Innenrotor und Außenrotor sind in radialer Richtung um eine Exzentrizität versetzt. Dies geschieht vorzugsweise über eine entsprechende Positionierung der den Innenrotor tragenden Welle relativ zu der den
Außenrotor lagernden Rotoraufnahme. Beispielsweise können das Lagerelement, und damit auch die darin radial gelagerte Welle, und die Rotoraufnahme in axialer Richtung zueinander zentriert sein. Eine den Außenrotor aufnehmende und lagernde Ausnehmung in der
Rotoraufnahme ist dann nicht zentrisch in dieser angeordnet, sondern um die genannte Exzentrizität verschoben. Die axiale Zentrierung oder Lagepositionierung von Lagerelement und Rotoraufnahme zueinander kann über ein zumindest teilweise darum angeordnetes Gehäuse, insbesondere ringförmiges oder hülsenartiges Gehäuse, erfolgen. Dieses kann außerdem weitere Elemente der Pumpe relative zu Lagerelement und Rotoraufnahme ausrichten und zentrieren, beispielsweise die Nierenplatte. Eine Ausrichtung der Winkelposition von
Lagerelement, Rotoraufnahme sowie ggf. Nierenplatte zueinander um die axiale Richtung kann vorzugsweise mittels eines sie durchragenden Stiftelements oder ähnlichem erfolgen. Die Dicke von Innen- sowie Außenrotor in axialer Richtung ist nach der Erfindung auf die Dicke der Rotoraufnahme in axialer Richtung abgestimmt. Sie kann insbesondere ein geringes Untermaß aufweisen, vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 10 μιη. Der Innenrotor kann nach einer besonderen Form der Erfindung über die Welle angetrieben sein und seinerseits den
Außenrotor antreiben.
Aufgrund der exzentrischen Anordnung von Innen- und Außenrotor zueinander liegt zwischen diesen ein freies Volumen vor, das eine Förderkammer oder mehrere Förderkammern bildet. Diese erweitert oder erweitern sich in Drehrichtung auf der Saugseite, nehmen dort Fluid auf und fördern es herüber auf die Druckseite, auf der sich die Förderkammer oder -kammern im Zuge der weiteren Drehung stetig verkleinert bzw. verkleinern. Nachfolgend wird die
Förderkammer wieder zurück auf die Saugseite geführt. Hier beginnt sie sich wieder stetig mit der Drehbewegung zu öffnen, so dass sich der Zyklus schließt. Bei einer Gerotorpumpe weisen Innen- und Außenrotor unterschiedliche Zahnzahlen auf. Die Zähne wälzen aufeinander ab und bilden dabei auf jeder Seite eines Zahnzwischenraums Dichtlinien aus, so dass jeder
Zahnzwischenraum eine Förderkammer darstellt. Die für eine Förderkammer vorstehend beschriebene Bewegung gilt simultan für alle bestehenden Förderkammern einer
Gerotorpumpe, die zu einem momentanen Zeitpunkt jeweils ein unterschiedliches Volumen zwischen einem jeweiligen Paar von Dichtlinien haben, so dass sich bei Betrieb der Pumpe ein höchst gleichmäßiger Förderstrom bei hoher Fähigkeit zur Miniaturisierung des gesamten Mikrosystemaufbaus ergibt. Im Falle einer Zahnringpumpe ist in dem freien Volumen zwischen Innen- und Außenrotor ein deren Zahnzwischenräume bei Rotation abdichtendes, meist sichelförmiges Dichtelement angeordnet. Die zwischen Innen- und Außenrotor gebildeten Förderkammern fördern Fluid von einem Niederdruckfluideinlass oder einer Einlassniere zu einem Hockdruckfluidauslass oder einer Auslassniere.
Durch die der Erfindung innewohnende Integration zahlreicher Funktionen in das Lagerelement als ein einziges Bauteil wird in vorteilhafter Weise die Toleranzkette verkürzt. Einzelteile der Pumpe, wie beispielsweise Innen- und Außenrotor, Rotoraufnahme, Lagerelement und ggf. Nierenplatte sind so gestaltet, dass die notwendige aber kostenintensive Präzision auf eine möglichst geringe Anzahl von Teilen konzentriert ist. Die durch den kompakten Aufbau kurzen Toleranzketten ermöglichen eine Vergrößerung der Toleranzen der einzelnen Bauteile, was zu einer weiteren Vereinfachung der Fertigung und Senkung des Fertigungsaufwands und der Produktionskosten führt.
Kernstück der Pumpe bildet das Lagerelement, die Welle, der Rotorsatz aus Innen- und
Außenrotor und die Rotoraufnahme ggf. ergänzt durch die Nierenplatte. Die für einen ausreichenden hydraulischen Wirkungsgrad benötigte Präzision wird durch eine präzise Lagerausführung sowie hochpräzise gefertigte Rotoren erreicht. Das Lagerelement ist das Bauteil mit der größten Funktionsintegration. Es bildet nach der Erfindung gleichzeitig ein Radiallager für die Welle, ein Axiallager für den Innen- und Außenrotor in wenigstens einer axialen Richtung sowie einen Fluiddurchlass für von den Rotoren gefördertes Fluid aus. Durch diese Funktionsintegration kann im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Pumpen die Anzahl von Bauelementen und damit auch die Anzahl von zwischen diesen liegenden Fügestellen in vorteilhafter Weise verringert werden. Des Weiteren sind mit Vorteil alle pumpenspezifischen Toleranzen in einer geringen Anzahl von Präzisionsteilen, nämlich dem Lagerelement, der Rotoraufnahme, der Welle und dem Rotorsatz sowie ggf. Gehäuse vereint. Durch die Verlagerung der Präzision in eine begrenzte Anzahl von Teilen wird der
Fertigungsaufwand wesentlich verringert, da weniger Teile hochpräzise zu fertigen sind und es werden für die Fertigung der Einzelteile und deren Montage Kosten eingespart. Schließlich ist durch die Erfindung eine kurze Toleranzkette realisiert. Diese erstreckt sich von dem auf der Welle sitzenden Innenrotor über den Außenrotor und die Rotoraufnahme. Durch den kompakten Aufbau sind kurze Kraftflusswege realisiert.
Die radiale Lagerung der Welle und damit des darauf angeordneten Innenrotors erfolgt nach der Erfindung durch das bzw. im Lagerelement. Vorzugsweise ist die Welle in radialer Richtung ausschließlich und direkt durch das Lagerelement gelagert. Das oder die Radiallager ist bzw. sind vorzugsweise auf einer Seite der Rotoranordnung platziert und als Gleitlager ausgebildet. Sie können insbesondere außerhalb der eigentlichen Mikropumpe angeordnet sein, so dass die Lagerdurchmesser entsprechend groß ausgeführt sein können. Insbesondere kann das bzw. können die Radiallager der Welle außerhalb der im Lagerelement ausgebildeten Fluidführung ausgebildet sein, wodurch wiederum der Durchmesser des Lagers oder der Lager wenig beschränkt ist. Insgesamt sind größere Lagerdurchmesser möglich und es kommt zu einer Minimierung von auftretenden Lagerkräften und infolgedessen zu größerer Standzeit und Verlässlichkeit der Pumpe. Der Schmierfilm im Lager baut sich durch höhere
Gleitgeschwindigkeiten infolge größeren Lagerumfangs schneller auf.
Vorzugsweise weist das Lagerelement ein erstes Radiallager und ein zweites Radiallager auf, wobei der Durchmesser des ersten Radiallagers größer ist als der Durchmesser des zweiten Radiallagers. Nach einer besonderen Ausführungsform beträgt der Durchmesser des ersten Radiallagers wenigstens 6 mm, vorzugsweise wenigstens 6,5 mm, und der Durchmesser des zweiten Radiallagers höchstens 5 mm. Durch die unterschiedlich großen Lagerdurchmesser kann eines der beiden Lager auf die kleinen Abmessungen der Mikropumpe und insbesondere auf den Durchmesser des Innenrotors abgestimmt sein. Der Lagerdurchmesser (des kleineren Radiallagers) ist durch die Abmessungen des auf der Welle angeordneten Innenrotors bestimmt. Er ist montagebedingt größer als der Innendurchmesser oder die Innenabmessung des auf der Welle angeordneten Innenrotors. Um eine Anlage und Abdichtung des Innenrotors am Lagerelement zu ermöglichen, muss er kleiner als der Fußkreisdurchmesser des Innenrotors sein. Wegen der bei Mikropumpen kleinen Abmessungen des Innenrotors ist der
Lagerdurchmesser des innenrotorseitigen Lagers daher beschränkt. Das andere Lager, nämlich das mit größerem Lagerdurchmesser, ist hingegen geeignet, verhältnismäßig hohe Lagerkräfte aufzunehmen.
Bei einer Ausführungsform ist der Fluiddurchlass strömungstechnisch mit wenigstens einem Radiallager verbunden. Vorzugsweise sind die Radiallager in Form von Vertiefungen oder Bohrungen, insbesondere Durchgangsöffnungen bzw. Durchgangsbohrungen in dem
Lagerelement ausgebildet. Deren radiale Innenflächen bilden Lagerflächen entsprechender Oberflächengüte und Genauigkeit für die Welle aus. Die im Lagerelement ausgebildeten Radiallager und der Fluiddurchlass sind vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet, dass sie einander zumindest teilweise kreuzen und überlappen. Die Welle ragt dann zumindest abschnittsweise durch den Fluiddurchlass hindurch. Sie wird von durch die Mikropumpe geförderten Fluid umspült. Das Fluid dringt mit Vorteil in den Lagerspalt der als Gleitlagerlager ausgebildeten Radiallager ein und dient hier als Gleit-, Schmier- und/oder Spülmittel.
Es ist von Vorteil, dass außerhalb oder entfernt der eigentlichen Funktionseinheiten der Pumpe große Lagerflächen mit aktiver Schmierung realisiert werden können. Das von der Pumpe geförderte und durch das Lagerelement geführte Fluid kann nämlich neben der vorstehend beschriebenen Schmierung der Lagerflächen einer Temperierung (Kühlung oder Erwärmung) des Lagerelements, der Lagerflächen und weiterer Funktionseinheiten, wie beispielsweise nachfolgend noch beschriebene Magnete zum Antrieb der Welle, dienen. Aus der aktiven Schmierung und Kühlung und der besseren Druckverteilung in den Radiallagern resultieren geringer Verschleiß sowie eine erhöhte Lebensdauer.
Mit Vorteil kann nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung auf der dem
Lagerelement gegenüberliegenden Seite der Rotoraufnahme eine Nierenplatte angeordnet sein, die eine Fluidzuführung zur und/oder eine Fluidabführung von der Rotoraufnahme aufweist (Anspruch 6).
Während das Lagerelement ein Axiallager in eine Richtung ausbildet, kann die Nierenplatte fü den Innenrotor oder den Außenrotor oder beide ein Axiallager in die andere Axialrichtung ausbilden. Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die der Rotoraufnahme zugewandte Stirnfläche des Lagerelements als Axiallager- und Dichtfläche für den Innenrotor und/oder den Außenrotor dienen. Zusätzlich oder alternativ kann die der Rotoraufnahme zugewandte Stirnfläche der Nierenplatte als Axiallager - und Dichtfläche für den Innenrotor und/oder den Außenrotor dienen. Eine adäquate Lagerung des oder der Rotoren in axialer Richtung wird durch eine hochpräzise Fertigung der Rotoren und der Rotoraufnahme erzielt. Zusätzlich oder alternativ zu der Axiallagerung an der Nierenplatte kann die Pumpe ein Keramik- oder Hartmetallelement aufweisen, das auf der der Rotoraufnahme gegenüber liegenden Seite des Lagerelements angeordnet ist und ein axiales Loslager für die Welle ausbildet. Dieses insbesondere stiftförmige Keramik- oder Hartmetallelement kann in einem insbesondere pilzförmigen PTFE-Element angeordnet sein, das als Abstandshalter zwischen Welle und/oder Magnet einerseits und dem Gehäuseoberteil andererseits wirkt. Die Welle wi vorzugsweise durch den durch die Mikropumpe erzeugten Fluiddruck in Richtung der
Nierenplatte gedrückt. Zwischen Welle und Innenrotor besteht daher eine formschlüssige Welle-Naben-Verbindung, die eine axiale Verschiebung des Innenrotors auf der Welle zulässt.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann an der rotorseitigen Stirnfläche des Lagerelements wenigstens eine nierenförmige Kavität ausgebildet sein. Diese dient der hochdruckseitigen Entleerung der Förderkammer der zwischen Innen- und Außenrotor ausgebildeten Förderkammer. Alternativ oder zusätzlich kann an der rotorseitigen Stirnfläche des Lagerelements wenigstens eine nierenförmige Kavität ausgebildet sein, die der niederdruckseitigen Befüllung der Förderkammer der zwischen Innen- und Außenrotor ausgebildeten Förderkammer dient. Die Kavitäten dienen der fluidischen Steuerung. Die Stirnfläche hat mit Vorteil eine geringe Oberflächenrauheit und eine eng tolerierte Ebenheit. Sie kann insbesondere als Lager- und/oder Dichtfläche für den Rotorsatz dienen. Lagerelement, Welle, Rotorsatz aus Innen- und Außenrotor und Rotoraufnahme sowie ggf. weitere mit der Welle und dem Rotorsatz in Kontakt stehende Elemente oder Einheiten wie z.B. die Nierenplatte sind vorzugsweise in einem hermetisch dichten Gehäuse aufgenommen und ragen aus diesem nicht heraus. Durch einen solchen hermetischen Aufbau kann auf
verschleißanfällige dynamische Dichtungen (Wellendichtungen) verzichtet werden. Es ergeben sich hohe Standzeiten, eine hohe Gesamtlebensdauer und eine erhöhte Produktsicherheit. Die Pumpe kann mit Vorteil in Langzeitanwendungen und in der Chemie mit gefährlichen oder leicht flüchtigen Medien betrieben werden. Eine vollständige Kapselung der Funktionsbauteile der Pumpe, insbesondere von Lagerelement, Rotoraufnahme, Nierenplatte, Welle und
Rotorsatz kann durch ein zwei- oder mehrteiliges Gehäuse mit einem Untergehäuse und einem Gehäusedeckel erzielt werden. Der Gehäusedeckel kann insbesondere mittels eines
Niederhalters am Untergehäuse angeordnet sein. Alle bewegten Funktionsteile oder damit und mit dem geförderten Fluid direkt in Kontakt gelangende Teile sind vorzugsweise vollständig in dem Gehäuse aufgenommen und ragen aus diesem nicht heraus. Mit besonderem Vorteil können die einzelnen Bestandteile des Gehäuses durch statische Dichtung, z.B. O-Ring- Dichtungen, gegeneinander abgedichtet sein. Eine Abdichtung aus dem Gehäuse ragender bewegter Teile mit aufwändiger und verschleißanfälliger dynamischer Dichtung ist nicht notwendig. Bei einer Form der Erfindung ist das Gehäuse so gestaltet, dass Medium durch das Untergehäuse einströmen kann und dann durch die Nierenplatte fließend von der zwischen den Rotoren ausgebildeten Förderkammer oder den Förderkammern angesaugt wird. Das Medium wird anschließend über die im Lagerelement ausgebildete Fluidführung durch die
Rotoraufnahme und die Nierenplatte zurück zum Untergehäuse geführt. Vorzugsweise strömt das Fluid dabei durch einen vom Gehäusedeckel umgebenen Hohlraum, in dem das
Lagerelement zumindest teilweise sowie gegebenenfalls weitere Funktionseinheiten der Mikropumpe angeordnet sind. Dabei umströmt das geförderte Fluid das Lagerelement und gegebenenfalls diese Funktionseinheiten, insbesondere das Innenmagnetsystem. Mit besonderem Vorteil gelangt Fluid in den Bereich der und an die Radiallager der Welle und bewirkt dort eine Schmierung und zusätzlich oder optional eine Spülung. Auch kann das Fluid eine Temperierung des Lagerelements und weiterer Funktionseinheiten wie insbesondere des Innenmagnetsystems bewirken. Vorzugsweise strömt das Fluid dabei durch einen vom
Gehäusedeckel umgebenen Hohlraum, in dem das Lagerelement zumindest teilweise sowie gegebenenfalls weitere Funktionseinheiten der Mikropumpe angeordnet sind. Dabei umströmt das geförderte Fluid das Lagerelement und gegebenenfalls diese Funktionseinheiten, insbesondere das Innenmagnetsystem. Mit besonderem Vorteil gelangt Fluid in den Bereich der Radiallager und in die Radiallager der Welle und bewirkt dort eine Schmierung sowie zusätzlich oder optional eine Spülung. Auch kann das Fluid eine Temperierung des Lagerelements und weiterer Funktionseinheiten wie insbesondere des Gehäusedeckels bewirken. Das
Gehäuseunterteil kann mit Vorteil Fluiddurchlässe als Zu- und Ableitung aufweisen und gegenüber der Rotoraufnahme in radialer Richtung ausgerichtet sein, vorzugsweise mittels eines Stiftelements. Das Lagerelement kann des Weiteren durch das Gehäuseoberteil gegenüber dem Gehäuseunterteil und dem Gehäuse zentriert sein.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Pumpe eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung aufweisen, insbesondere eine Kühlmittelführung zur Kühlung des den
Magneten umgebenden Gehäuseoberteils. Durch die Integration einer Heizung/Kühlung im Pumpengehäuse kann die bspw. Kaltstartfähigkeit der Pumpe bzw. deren temperierter Betrieb sichergestellt werden. Das begünstigt den Einsatz der Pumpe in der Chemischen Industrie sowie dem Maschinen- und Anlagenbau. Beispielsweise kann die Pumpe ein Außengehäuse umfassen, das zusätzlich zu dem Gehäuse vorgesehen ist und zusammen mit dem Gehäuseoberteil einen Spaltraum dazwischen ausbildet, der von Kühlmittel durchströmt ist, so dass zwischen Gehäuse und Außengehäuse ein Temperierungsmedium strömen kann.
Der Antrieb der Pumpe kann bevorzugt über ein Magnetsystem erfolgen. Insbesondere kann auf der Welle ein Magnet angeordnet oder ausgebildet sein oder mit dieser zusammenwirken. Dieser Magnet, im Folgenden zum einfacheren Verständnis als Innenmagnet bezeichnet, da er nach einer Form der Erfindung in dem Gehäuse der Pumpe angeordnet ist, wirkt mit einem äußeren aufgeprägten rotierenden Magnetfeld zusammen, so dass die Welle rotatorisch antreibbar ist. Bei einem etwaigen Versatz von Innen- und Außenmagnetsystem können Kräfte aufgrund der vorstehend beschriebenen Lager der Welle im Lagerelement besonderes gut aufgefangen werden. Das Außenmagnetsystem befindet sich vorzugsweise außerhalb des Gehäuses und erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, das wiederum den Innenmagneten zusammen mit der Welle rotieren lässt. Bei einem solchen Antrieb über ein rotierendes
Magnetfeld können nach der Erfindung ohne Weiteres die den Innenmagneten umgebenden Funktionseinheiten der Pumpe, wie z. B. das Lagerelement sowie der Gehäusedeckel, aus Metall bestehen, da durch das durch die Pumpe geförderte Fluid und/oder ein zusätzliches Kühlmittel eine unerwünschte Erwärmung zum Beispiel durch Wirbelströme vermieden werden kann. Die Drehung des äußeren Magnetsystems außerhalb des Gehäuses kann durch ein Permanentmagnetsystem erreicht werden. Das auf der Welle sitzende Innenmagnetsystem sowie gegebenenfalls Außenmagnete ist/sind vorzugsweise aus höherwertigen
Magnetwerkstoffen wie NdFeB bzw. SmCo. Das Innenmagnetsystem kann zusätzlich gekapselt sein, so dass auch aggressive Medien gefördert werden können.
Als Werkstoff für das Lagerelement, die Rotoraufnahme, die Nierenplatte, die Welle und die Rotoren werden vorzugsweise Oxidkeramiken, nichtoxidische Keramiken oder Hartmetall eingesetzt. Hierdurch wird eine hohe Standfestigkeit erreicht. Die Verwendung von gehärteten Stählen oder Kunststoffen ist ebenfalls möglich. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter und nicht einschränkender Ausführungsbeispiele als Mikropumpe anhand der Figuren. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe in einer
perspektivischen schematischen und teilgeschnittenen Ansicht (Niederdruckvariante),
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer Pumpe nach der Erfindung in einer Schnittansicht (Hochdruckvariante) und
Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht des Lagerelements der Pumpe nach Fig. 1 und 2.
Die in Fig. 1 dargestellte Mikropumpe 1 nach der Erfindung ist für einen Druckbereich von 0 bar bis 60 bar ausgelegt. Die Pumpe 1 ist eine Zahnringpumpe und umfasst eine Welle 2, auf deren in der Figur unterem Ende ein Innenrotor 3 angeordnet ist (in Fig. 1 nicht dargestellt). Dazu ist das untere Ende der Welle 2 mit einer polygonförmigen Aufnahme 35 ausgebildet, auf der der Innenrotor 3 drehfest angeordnet ist.
Die Welle 2 ist mittels eines ersten Radiallagers 4 und eines zweiten Radiallagers 5 in einem Lagerelement 6 aufgenommen und in radialer Richtung gelagert. An die in den Figuren 1 und 2 untere Stirnfläche 9 des Lagerelements 6 anschließend ist eine Rotoraufnahmeplatte 10 als Rotoraufnahme angeordnet. An der dem Lagerelement 6 gegenüberliegenden Seite der Rotoraufnahmeplatte 10 ist eine Nierenplatte 11 angeordnet. Das Lagerelement 6 ist im Wesentlichen zylinderförmig und weist an seinem in der Figur unteren Ende einen gegenüber seinem übrigen Durchmesser aufgeweiteten Bereich 7 auf, so dass eine ringförmig umlaufende Anlageschulter 8 ausgebildet ist. Lagerelement 6, Rotoraufnahmeplatte 10 und Nierenplatte 11 sind über eine ein Gehäuse ausbildende Hülse 12 zueinander in radialer Richtung ausgerichtet und zentriert.
Im Bereich des ersten rotornahen Radiallagers 4 weist die Welle 2 einen ersten Durchmesser auf. Im Bereich des zweiten rotorfernen Radiallagers 5 weist die Welle 2 einen gegenüber dem ersten Durchmesser breiteren Durchmesser auf. Durch den großen Lagerdurchmesser am rotorfernen Radiallager 5 sind die auftretenden Lagerkräfte gering. Die die Welle 2
aufnehmende Ausnehmung im Lagerelement 6 ist gegenüber dessen aufgeweiteten Bereich 7 zentriert. In der Rotoraufnahmeplatte 10, die zum Lagerelement 6 und der Welle 2 durch die Hülse 12 zentriert ist, ist eine um eine Exzentrizität E unzentrische Ausnehmung ausgebildet, in der ein Außenrotor 13 (in Fig. 1 nicht dargestellt) ebenfalls unzentrisch aufgenommen und in radialer Richtung gelagert ist. Der drehfest auf der Welle 2 angeordnete und mit dieser gegenüber der Ausnehmung in der Rotoraufnahmeplatte 10 und dem Außenrotor 13 exzentrische Innenrotor 3 liegt innerhalb des Außenrotors 13. Der Innenrotor 3 ist mit einer Außenverzahnung und der Außenrotor 13 mit einer Innenverzahnung versehen. Diese
Verzahnungen stehen in kämmendem Eingriff miteinander. Durch die genannte Exzentrizität ist zwischen Innen- und Außenrotor eine Förderkavität ausgebildet, die in den Figuren nicht zu erkennen ist.
Die zum Innenrotor 3 zugewandte Stirnfläche 9 des Lagerelements 6 ist als Axiallager für den Innenrotor 3 und den Außenrotor 10 ausgebildet. Die Stirnfläche 9 hat zu diesem Zweck eine geringe Oberflächenrauheit beispielsweise in einem Bereich Ra 0,1 und eine eng tolerierte Ebenheit. An der dem Rotorsatz gegenüberliegenden Seite (in den Figuren oben) ist in einem Spalttopf 15 als Gehäusedeckel ein Stift 36 in einer PTFE-Hülse 37 aufgenommen. Stift 36 und PTFE-Hülse 37 bilden ein Axialloslager für die Welle 2 aus und dienen als Abstandshalter für einen nachfolgend beschriebenen Innenmagneten 32.
Die Höhe der Hülse 12 in Achsrichtung der Welle 2 ist auf die Dicken von Nierenplatte 11, Rotoraufnahmeplatte 10 und aufgeweiteten Bereich 7 abgestimmt und ist leicht kleiner als die Summe der Dicken dieser Bauelemente, so dass diese über die Hülse 12 zentriert und über ein Gehäuseunterteil 14 und einen Spalttopf 15 als Gehäusedeckel in axialer Richtung definiert geklemmt werden. Die Dicke von Innen- sowie Außenrotor in Achsrichtung der Welle 2 ist dabei auf die Dicke der RotoraufnahmeplattelO abgestimmt, so dass Innen- und Außenrotor in dieser und zwischen der Stirnfläche 9 des Lagerelements 6 und der Nierenplatte 11 als Axiallager mit der erforderlichen Leichtläufigkeit bei gleichzeitiger Dichtheit rotieren können.
Das Gehäuseunterteil 14 weist einen Einlassdurchlass 16 (Niederdruckanschluss) und einen Auslassdurchlass 17 (Hochdruckauslass) auf. Der Spalttopf 15 ist in der in Fig. 2 dargestellten Hochdruckvariante der Pumpe relativ massiv ausgebildet und ist über eine
Flanschverschraubung 18 mit dem Gehäuseunterteil 14 verspannt. In der in Fig. 1 dargestellten Niederdruckvariante ist der Spalttopf 15 weniger massiv ausgebildet und nicht direkt, sondern über einen Niederhalter 38 am Gehäuseunterteil 14 angeordnet und gegen die Hülse 12 verspannt. Der Niederhalter 38 ist nicht fluidberührt und kann so aus einem weniger hochwertigen Material bestehen. An seiner dem Spalttopf 15 zugewandten Seite weist das Gehäuseunterteil 14 eine Ausnehmung auf, in der die Hülse 12 und die darin aufgenommenen Elemente Nierenplatte 11 und Rotoraufnahmeplatte 10 aufgenommen sind. Das
Gehäuseunterteil 14 ist über diese Ausnehmung durch die Hülse 12 zentriert. Es ist des
Weiteren über einen in den Figuren nicht dargestellten Stift zur Nierenplatte 11
winkelpositioniert. Die Nierenplatte 11 besteht aus Keramik und weist eine niederdruckseitige Einlassniere 19 sowie eine hochdruckseitige Auslassöffnung 20 auf. Durch die radiale Ausrichtung von
Nierenplatte 11 zum Gehäuseunterteil 14 mündet der niederdruckseitige Einlassdurchlass 16 des Gehäuseunterteils 14 in die Einlassniere 19, während die Auslassöffnung 20 mit dem hochdruckseitigen Auslassdurchlass 17 verbunden ist. Die Einlassniere 19 ist des Weiteren derart ausgebildet, dass sie mit der zentralen Ausnehmung der Rotoraufnahmeplatte und insbesondere der darin durch den Innenrotor 3 und den Außenrotor 13 gebildeten
Förderkammer überlappt und strömungstechnisch verbunden ist.
In der Rotoraufnahmeplatte 10 sind neben der zentralen Ausnehmung für den Außenrotor 13 zwei Durchlässe ausgebildet, niederdruckseitig eine Einlassöffnung 21 und hochdruckseitig eine Auslassöffnung 22. In der Stirnseite 9 des Lagerelements 6 ist eine Einlassniere 23 ausgebildet. Die Einlassniere 19 der Nierenplatte 11 sowie die Einlassniere 23 des Lagerelements 6 überdecken sich mit der Einlassöffnung 21 und sind miteinander verbunden. Des Weiteren überlappt die Einlassniere 23 des Lagerelements 6 mit der zentralen Ausnehmung der
Rotoraufnahmeplatte und insbesondere mit der darin durch den Innenrotor 3 und den
Außenrotor 13 gebildeten Förderkammer und ist mit diesen strömungstechnisch verbunden. Insgesamt ist über den Einlassdurchlass 16 und die Einlassniere 19 eine erste niederdruckseitige Zuleitung zur Förderkammer und über den Einlassdurchlass 16, die Einlassniere 19, die
Einlassöffnung 21 und die Einlassniere 23 eine zweite niederdruckseitige Zuleitung zur
Förderkammer gebildet. Durch diese zweite niederdruckseitige Zuleitung wird ein hydraulisches Gleichgewicht oder ein hydraulischer Ausgleich am Rotorsatz sowie ein großer
niederdruckseitiger Zufluss gebildet. Des Weiteren kommt es zu weniger Kavitation.
Im Lagerelement 6 ist ein hochdruckseitiger Fluiddurchlass ausgebildet. Dieser besteht im Wesentlichen aus einer Auslassniere 24, einer in radialer Richtung eingebrachten
Sacksenkung 25, einer ersten Randausnehmung 26 sowie einer zweiten Randausnehmung 27 mit anschließendem Hochdruckauslass 28. Der Hochdruckauslass 28 überlappt mit der
Auslassöffnung 22 der Rotoraufnahmeplatte 10 und ist über diese sowie die Auslassöffnung 20 strömungstechnisch mit dem hochdruckseitigen Auslassdurchlass 17 verbunden. Die erste und die zweite Randausnehmung 26, 27 sind randseitig in das Lagerelement 6 eingebracht und in axialer Richtung (in den Figuren nach oben) sowie in radialer Richtung zur Außenseite des Lagerelements 6 hin offen. Gegenüber der Auslassniere 24 ist in der Nierenplatte 11 eine Ausgleichsniere 39 ausgebildet. Diese erzeugt hochdruckseitig ein hydraulisches Gleichgewicht oder einen hydraulischen Ausgleich am Rotorsatz.
Der Spalttopf 15 ist, wie bereits dargelegt, über die Verschraubung 18 mit dem
Gehäuseunterteil 14 verspannt und gegenüber diesem über zwei O-Ringdichtungen 29, 30 in der Hülse 12 abgedichtet. Der Spalttopf 15 weist eine zentrale Ausnehmung 31 auf, in der das Lagerelement nebst der darin gelagerten Welle 2 mit einem im nachfolgenden näher beschriebenen Innenmagneten 32 aufgenommen ist. Zwischen der radialen Außenfläche 33 des Lagerelements 6 und der dem Lagerelement 6 zugewandten Innenwand der Ausnehmung 31 liegt ein Spalt 34 vor, der einen Teil des hochdruckseitigen Fluiddurchlasses bildet. Aus der Förderkammer strömt verdichtetes Fluid über die Auslassniere 24 und die Sacksenkung 25 in die erste Randausnehmung 26. Von dort aus verteilt sich das Fluid über den Spalt 34 um den gesamten Kopfbereich des Lagerelements 6 herum in den Zwischenraum zwischen
Lagerelement 6 und Spalttopf 15. Aus diesem Zwischenraum strömt das Fluid nachfolgend über die zweite Randausnehmung 27, den Hochdruckauslass 28, die Auslassöffnung 22 der
Rotoraufnahmeplatte 10 und ist die Auslassöffnung 20 zum hochdruckseitigen
Auslassdurchlass 17. Durch das in dem vom Spalttopf 15 umgebenen Hohlraum, insbesondere das in dem Zwischenraum zwischen Lagerelement 6 und Spalttopf 15, strömende Fluid werden sowohl das Lagerelement 6 mit allen darin enthaltenen Funktionseinheiten (z.B. rotorfernes Radiallager 5) als auch der Innenmagnet 32 und der Spalttopf temperiert, insbesondere gekühlt. Insbesondere werden die Radiallager 4, 5 geschmiert und/oder gespült.
Diese Kühlung ist insbesondere in Anbetracht des Antriebs der Pumpe über den
Innenmagneten 32 vorteilhaft. Der Innenmagnet 32 ist drehfest auf dem rotorfernen Ende der Welle 2 angeordnet. Er wirkt mit einem in den Figuren nicht dargestellten Außenmagnetsystem zusammen, das außerhalb des durch Gehäuseunterteil 14 und Spalttopf 15 gebildeten hermetischen Gehäuses der Pumpe angeordnet ist. Das Außenmagnetsystem erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, das den als Permanentmagneten ausgebildeten Innenmagneten 32 in Rotation um die Drehachse der Welle 2 versetzt. Diese rotiert zusammen mit dem darauf angeordneten Innenrotor 3, der mit dem Außenrotor 13 kämmt und diesen in Rotation in der ihn aufnehmenden Ausnehmung in der Rotoraufnahmeplatte 10 versetzt. Durch das rotierende Magnetfeld der Magnete kommt es je nach Art des für den Spalttopf 15 und das
Lagerelement 6 verwendeten Werkstoffs zu induktiver Erwärmung, wobei die entstehende Wärme über das den Spalttopf durchströmende Fluid abgeführt werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Förderung des Mediums durch den vom Spalttopf 15 umgebenen Hohlraum ist, dass ein Versagen der Pumpe durch gesammelte Gasblasen ausgeschlossen werden kann. Totraum ist durch die aktive Durchströmung der gesamten Pumpe einschließlich Spalttopf minimiert.

Claims

Mikropumpe (1) zur Förderung von Fluid von einem Niederdruckeinlass (16) zu einem
Hochdruckauslass (17), aufweisend
einen Innenrotor (3) mit einer Außenverzahnung,
einen Außenrotor (13) mit einer Innenverzahnung und
ein Lagerelement (6),
wobei die Außenverzahnung des Innenrotors (3) mit der Innenverzahnung des
Außenrotors (13) kämmt,
wobei der Innenrotor (3) drehfest auf einer Welle (2) angeordnet ist,
wobei der Außenrotor (13) exzentrisch zum Innenrotor (3) in einer Rotoraufnahme (10) in radialer Richtung gelagert ist,
so dass zwischen Innen- und Außenrotor eine Förderkammer ausgebildet ist,
wobei das Lagerelement (6) einen von der Förderkammer zum Hochdruckauslass (17) führenden Fluiddurchlass (24, 25, 26, 27, 28) für gefördertes Fluid aufweist und das Lagerelement (6) wenigstens ein Radiallager (4, 5) für die Welle und ein Axiallager (9) für den Innen- und den Außenrotor in wenigstens einer axialen Richtung ausbildet.
Mikropumpe nach Anspruch 1, wobei das Lagerelement (6) ein erstes Radiallager (5) und ein zweites Radiallager (4) aufweist, wobei der Durchmesser des ersten Radiallagers (5) größer ist als der Durchmesser des zweiten Radiallagers (4).
Mikropumpe nach Anspruch 2, wobei der Durchmesser des ersten Radiallagers (5) wenigstens 6 mm, vorzugsweise wenigstens 6,5 mm, und der Durchmesser des zweiten Radiallagers (4) höchstens 5 mm beträgt.
Mikropumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fluiddurchlass (25) strömungstechnisch mit wenigstens einem Radiallager (4, 5) verbunden ist.
Mikropumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Welle (2) durch den Fluiddurchlass (25) im Lagerelement (6) hindurchragt.
Mikropumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf der dem
Lagerelement (6) gegenüberliegenden Seite der Rotoraufnahme (10) eine
Nierenplatte (11) angeordnet ist, die eine Fluidzuführung (19) zur und/oder eine
Fluidabführung (20) von der Rotoraufnahme (10) aufweist.
Mikropumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lagerelement (6) und die Rotoraufnahme (10) sowie im Falle eines Rückbezugs auf Anspruch 6 die Nierenplatte (11) zueinander axial zentriert sind, vorzugsweise mittels eines darum angeordneten Gehäuses (12).
8. Mikropumpe nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Nierenplatte (11) ein Axiallager für den Innen- und/oder den Außenrotor und/oder die Welle (2) ausbildet.
9. Mikropumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Welle (2) in radialer Richtung ausschließlich durch das Lagerelement (6) gelagert ist.
10. Mikropumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei an der rotorseitigen
Stirnfläche (9) des Lagerelements (6) wenigstens eine nierenförmige Kavität (24) ausgebildet ist, die der hochdruckseitigen Entleerung der zwischen Innen- und
Außenrotor ausgebildeten Förderkammer dient und/oder wobei an der rotorseitigen Stirnfläche des Lagerelements (9) wenigstens eine nierenförmige Kavität (23) ausgebildet ist, die der niederdruckseitigen Befüllung der zwischen Innen- und Außenrotor ausgebildeten Förderkammer dient.
11. Lagerelement (6) für eine Welle (2) einer Zahnradmikropumpe (1) mit einem Innen- und einem Außenrotor,
wobei in dem Lagerelement (6) ein Fluiddurchlass (24, 25, 26, 27, 28) für durch die Mikropumpe gefördertes Fluid ausgebildet ist und
das Lagerelement (6) ein erstes Radiallager (4) und ein zweites Radiallager (5) für die Welle (2) sowie ein Axiallager (9) für den an einer endseitigen Aufnahme der Welle (2) angeordneten Innenrotor in wenigstens einer axialen Richtung aufweist.
12. Lagerelement nach Anspruch 11, wobei der Durchmesser des ersten Radiallagers (5) größer ist als der Durchmesser des zweiten Radiallagers (4).
13. Lagerelement nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Durchmesser des ersten
Radiallagers (5) wenigstens 6 mm, vorzugsweise wenigstens 6,5 mm, und der
Durchmesser des zweiten Radiallagers (4) höchstens 5 mm beträgt oder wobei der Fluiddurchlass (24, 25, 26, 27, 28) strömungstechnisch mit wenigstens einem der Radiallager (4, 5) verbunden ist.
14. Lagerelement nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Lagerelement (6) ein
Axiallager (9) für den Außenrotor der Mikropumpe in wenigstens einer axialen Richtung aufweist. Verfahren zum Fördern eines Fluides mittels einer Mikropumpe, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und vorzugsweise aufweisend ein Lagerelement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei wenigstens ein Radiallager einer die Mikropumpe antreibende Welle (2) mittels geförderten Fluides gespült und/oder geschmiert wird.
* * *
PCT/EP2012/061514 2011-06-30 2012-06-15 Mikropumpe sowie lagerelement für eine mikropumpe und arbeitsverfahren WO2013000745A2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201280038326.2A CN103732921B (zh) 2011-06-30 2012-06-15 微型泵以及用于微型泵的支承元件和工作方法
EP12728264.8A EP2726740B1 (de) 2011-06-30 2012-06-15 Mikropumpe sowie lagerelement für eine mikropumpe und arbeitsverfahren
US14/129,475 US9404492B2 (en) 2011-06-30 2012-06-15 Pump device having a micro pump and bearing member for a micro pump

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011051486.4 2011-06-30
DE102011051486.4A DE102011051486B4 (de) 2011-06-30 2011-06-30 Pumpenanordnung mit Mikropumpe und Lagerelement

Publications (3)

Publication Number Publication Date
WO2013000745A2 true WO2013000745A2 (de) 2013-01-03
WO2013000745A3 WO2013000745A3 (de) 2013-10-24
WO2013000745A4 WO2013000745A4 (de) 2013-12-19

Family

ID=46319766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/061514 WO2013000745A2 (de) 2011-06-30 2012-06-15 Mikropumpe sowie lagerelement für eine mikropumpe und arbeitsverfahren

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9404492B2 (de)
EP (1) EP2726740B1 (de)
CN (1) CN103732921B (de)
DE (1) DE102011051486B4 (de)
WO (1) WO2013000745A2 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016121240A1 (de) * 2016-11-07 2018-05-09 Nidec Gpm Gmbh Elektrische Gerotorpumpe und Herstellungsverfahren für dieselbe
FR3060669B1 (fr) 2016-12-20 2020-11-27 Coutier Moulage Gen Ind Pompe a engrenage a plaques et pions de centrage hydrauliques.
IT201700067423A1 (it) * 2017-06-16 2018-12-16 Gkn Sinter Metals Ag Disposizione di pompa e procedimento per la produzione di una disposizione di pompa.
US11448211B2 (en) * 2018-08-31 2022-09-20 Toyoda Gosei Co., Ltd. Oil pump including gap between flange portion of tubular core and flange-opposing portion of resin housing
DE102019101455A1 (de) 2019-01-21 2020-07-23 Hnp Mikrosysteme Gmbh Selbstspülende Mikropumpe
DE102019102073A1 (de) * 2019-01-28 2020-07-30 Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh Zahnradpumpe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2408824A1 (de) 1973-03-23 1974-10-03 Mcdermott Hugh Louis Schwimmend gelagerter ring fuer fluessigkeitsverdraenger-vorrichtungen
DE3310593A1 (de) 1982-03-23 1983-10-06 Jun Hollis Newcomb White Hydraulische gerotor-drehvorrichtung
CH661323A5 (de) 1983-09-21 1987-07-15 Walter Weber Zahnradpumpe.
WO2000017523A1 (de) 1998-09-21 2000-03-30 Hnp Mikrosysteme Gmbh Gehäuseaufbau zur aufnahme einer mikrozahnringpumpe

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3238883A (en) 1964-03-09 1966-03-08 Micro Pump Corp Magnetic drive gear pump
DE1947798A1 (de) 1969-09-20 1971-04-15 Danfoss As Kraft- oder Arbeitsmaschine
US3945779A (en) * 1973-08-30 1976-03-23 Robert Bosch Gmbh Bearings for the trunnions of gears in gear pumps or the like
EP0769621A1 (de) * 1995-09-26 1997-04-23 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Mikropumpe und Mikromotor
DE50209005D1 (de) 2001-01-22 2007-02-01 Hnp Mikrosysteme Gmbh Präzise kleinstlagerung und montageverfahren dafür
JP2004360677A (ja) 2003-05-14 2004-12-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷媒ポンプ
JP2007009787A (ja) * 2005-06-30 2007-01-18 Hitachi Ltd モータ一体型内接歯車式ポンプ及び電子機器
DE102008054755A1 (de) 2008-12-16 2010-06-17 Robert Bosch Gmbh Förderaggregat
DE102011001041B9 (de) 2010-11-15 2014-06-26 Hnp Mikrosysteme Gmbh Magnetisch angetriebene Pumpenanordnung mit einer Mikropumpe mit Zwangsspuelung und Arbeitsverfahren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2408824A1 (de) 1973-03-23 1974-10-03 Mcdermott Hugh Louis Schwimmend gelagerter ring fuer fluessigkeitsverdraenger-vorrichtungen
DE3310593A1 (de) 1982-03-23 1983-10-06 Jun Hollis Newcomb White Hydraulische gerotor-drehvorrichtung
CH661323A5 (de) 1983-09-21 1987-07-15 Walter Weber Zahnradpumpe.
WO2000017523A1 (de) 1998-09-21 2000-03-30 Hnp Mikrosysteme Gmbh Gehäuseaufbau zur aufnahme einer mikrozahnringpumpe

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013000745A3 (de) 2013-10-24
EP2726740B1 (de) 2023-10-11
US9404492B2 (en) 2016-08-02
CN103732921A (zh) 2014-04-16
CN103732921B (zh) 2017-08-11
DE102011051486B4 (de) 2023-06-01
US20150132172A1 (en) 2015-05-14
DE102011051486A1 (de) 2013-01-03
EP2726740A2 (de) 2014-05-07
WO2013000745A4 (de) 2013-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2726740B1 (de) Mikropumpe sowie lagerelement für eine mikropumpe und arbeitsverfahren
EP2921703B1 (de) Motor-pumpen-einheit
DE102011001041B4 (de) Magnetisch angetriebene Pumpenanordnung mit einer Mikropumpe mit Zwangsspuelung und Arbeitsverfahren
DE3015628A1 (de) Drucklager/kopplungseinrichtung und damit ausgeruestete schneckenmaschine
DE202011052114U1 (de) Innenzahnradpumpe
DE19820622A1 (de) Demontierbare Vielzweckpumpe oder -kompressor für Chemie-, Verfahrens-, Lebensmittel- und Vakuumtechnik
EP2357362A2 (de) Zahnringpumpe
DE102015213387A1 (de) Rotationskolbenpumpe
DE3631408A1 (de) Axialkolbenpumpe
EP4217610B1 (de) Motor-pumpe-einheit
DE102012223907B4 (de) Verfahren zur Herstellung wenigstens einer Rotationskolbenpumpe und einHochdruckeinspritzsystem
EP1526282B1 (de) Motorpumpenaggregat
WO2022038136A1 (de) Pumpenanordnung
DE3118297A1 (de) Zahnradpumpe
DE3223236A1 (de) Kraftstoffpumpe mit magnetantrieb
DE4425429A1 (de) Hydraulikmaschine
EP1115979A1 (de) Gehäuseaufbau zur aufnahme einer mikrozahnringpumpe
DE102015108923B3 (de) Elektrisch angetriebene Flüssigkeits-Verdrängerpumpe
WO2018134019A1 (de) Motor-pumpen-einheit für ein abwärmerückgewinnungssystem
WO2008125106A1 (de) Gerotormotor
DE102015108924B4 (de) Mechanisch angetriebene Flüssigkeits-Verdrängerpumpe
EP4202182A1 (de) Verfahren zum herstellen einer pumpe
WO2018114919A1 (de) AUßENZAHNRADPUMPE FÜR EIN ABWÄRMERÜCKGEWINNUNGSSYSTEM
WO2018114934A1 (de) Aussenzahnradpumpe für ein abwärmerückgewinnungssystem
DE19723988A1 (de) Zahnradpumpe

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12728264

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012728264

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14129475

Country of ref document: US