WO2016193260A1 - Electrically-driven liquid positive displacement pump - Google Patents

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WO2016193260A1
WO2016193260A1 PCT/EP2016/062261 EP2016062261W WO2016193260A1 WO 2016193260 A1 WO2016193260 A1 WO 2016193260A1 EP 2016062261 W EP2016062261 W EP 2016062261W WO 2016193260 A1 WO2016193260 A1 WO 2016193260A1
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WO
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rotor
electrically driven
chamber
cam
displacement pump
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/062261
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German (de)
French (fr)
Inventor
Franz Pawellek
Conrad Nickel
Original Assignee
Nidec Gpm Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Gpm Gmbh filed Critical Nidec Gpm Gmbh
Publication of WO2016193260A1 publication Critical patent/WO2016193260A1/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3446—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along more than one line or surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/40—Electric motor

Definitions

  • the invention relates to an electrically driven liquid displacement pump, which is suitable for conveying a liquid medium in different applications, such as a lubricating oil circuit, a coolant circuit or a hydraulic system.
  • electric pumps which essentially consist of a pump assembly and a motor assembly.
  • a suitable conventional electric motor is coupled via a shaft to a pump mechanism for moving an impeller, a piston or the like in a pump chamber.
  • the various pumps in which a pump chamber and an electric drive are spatially separated and dynamically connected via a shaft, have an overall dimension in the axial length direction of the shaft, which usually corresponds to the sum of the two dimensions of the pump assembly and the motor assembly.
  • the vast majority of electric pumps therefore does not provide a satisfactory solution for applications in which an increased restriction of the installation space prevails, and in particular a low axial height of the pump is desired.
  • the turbomachine has a housing, a stator, a rotor cam ring, a fixed axis and a rotary valve in a groove in the fixed axis. Between the rotor cam ring, the fixed axis and the rotary valve, a fluid chamber is formed, which is larger or smaller in a rotational movement of the rotor cam ring.
  • the rotor cam ring has cam curves on the inside and magnets on the outside.
  • these examples reduce an overall size of the pump assembly by uniting the assemblies with a common rotor element.
  • the prior art provides a multi-part structure of the rotor, which comprises at least one annular cam member and magnetic body. Since, in particular, the rotor is exposed to dynamic loads during operation, in the production of this component, increased demands are placed on a fitting-compliant assembly of the individual elements. Thus, especially with regard to the production of quantities on an industrial scale, a simplification of the structure and the production of highly integrated pumps of considerable interest.
  • an electrically driven liquid displacement pump for conveying a liquid medium comprises: a pump housing having a hollow cylindrical pump chamber and at least one inlet and at least one outlet, which are each formed on an end face of the hollow cylinder pump chamber; a cylindrical journal extending concentrically with the central axis of the hollow cylindrical pump chamber over the axial length thereof, and having at least one along at least a portion of the diameter of the journal extending guide slot, in which at least one locking wing is slidably received in the longitudinal direction thereof; a rotor disposed concentric with the central axis of the hollow cylindrical pump chamber and extending along the axial length thereof with an inboard cam profile, the cam profile having radially inwardly directed arcuate segments through which the rotor is rotatably mounted thereabout on a peripheral surface of the cylindrical journal is, and radially outwardly directed cam curves which rise from the peripheral surface and form cam chambers between the end faces of the hollow cylinder india see pump chamber; a stator concentrically arranged
  • the highly integrated coaxial radial vane pump according to the invention is characterized in particular in that the rotor is made of a soft magnetic material in one piece, and divided on its outer circumference by radial gaps Having circumferential segments as Roiorpole, wherein the rotor and the stator form a reluctance motor.
  • the invention provides for the first time a highly integrated electric pump with a one-piece rotor, which assumes a functionality for the assembly of the pump mechanism and the electric drive. Furthermore, the invention proposes for the first time a highly integrated coaxial blocking vane pump with cam rotor, which provides over the said flow machine of the prior art advantages of an alternative electric drive and a simplified structure.
  • the magnetic body of the permanent magnets on the rotor can be omitted by an electric drive is formed according to the principle of a reluctance motor.
  • radial gaps in the outer peripheral surface of the rotor discrete circumferential segments are divided or rotor teeth pronounced, take over the selection of a soft magnetic, suitable for the rotor body material the function of the rotor poles, so that the rotor responsively to a wiring of windings on the stator teeth.
  • the one-piece construction of the intended rotor reduces the assembly effort in the production of the Sperrwügelpumpe invention. Since the rotor comprises no magnetic body, costs for this and for the steps of fitting and assembling for mounting the rotor can be saved.
  • lubricating oil circuits Due to the operating wear of the machine parts to be lubricated, lubricating oil circuits always result in an increasing proportion of particles of metallic abrasion, insofar as an electric drive with permanent magnets is located in the lubricating oil circuit, the particles are attracted to these and deposit.
  • the particles In the case of a motor designed as a wet rotor, the particles generally initially deposit directly from the magnetic bodies.
  • the particles preferably store within a magnetic attraction region of the
  • the one-piece soft-magnetic cam rotor can provide advantages in terms of wear resistance and reliable operation, particularly in applications of the highly integrated vane pump for lubricating oil production.
  • journal may be disc-shaped, wherein the axial length of the journal is half or less, preferably one third of the diameter of the journal.
  • the journal is a significant component for the dimensioning of the dimension ratio of the Sperrwügelpumpe. As mentioned at the beginning, there are special advantages of this construction in the low axial height. With a small axial length of the journal in relation to the diameter of a pump can be realized with a particularly flat, disc-shaped.
  • a preferred embodiment can be formed between the peripheral surface of the journal and the rotatably mounted Kre ⁇ sbogensegm ducks of Nockenprofi ls a gap seal.
  • a gap seal can be formed between frontal surfaces of the rotor and axially opposite surfaces of the pump chamber on both sides of the rotor.
  • recesses may be formed on the end faces of the rotor, which are surrounded by the gap seal between the end faces of the rotor and the axially opposite surface of the pump chamber. As a result, the contact surfaces of the front-side gap seal and the loss friction of the rotor are reduced.
  • a gap seal be educated between one end of the at least one blocking wing and the continuous contour of the cam profile.
  • a gap seal be educated.
  • a gap seal on the two contact lines of the blocking wing adjusts to the contour of the cam profile due to the slidable mounting of the blocking wing in the guide slot.
  • a loss friction can be reduced and a wear resistance can be increased.
  • the installation effort for inserting sealing elements can also be omitted in this area.
  • a gap of a gap seal less than 50 ⁇ , preferably less than 40 ⁇ , and more preferably less than 30 ⁇ , or at a working pressure up to or 10 bar preferably less than 20 ⁇ , and at an exemplary working pressure up to or 100 bar, preferably at most 10 ⁇ .
  • the rotating cam chambers have a sufficient seal against the pressure of the liquid medium, when they are struck by the blocking wing, so that small leakage losses occur and a high volumetric efficiency is ensured.
  • the bearing pin may be formed of a hardened sintered part.
  • a hardened sintered body offers a particularly suitable starting body for producing a dimensionally stable and wear-resistant bearing journal, since this makes it possible to produce dimensionally accurate production with a tolerance of up to ⁇ 2 ⁇ using S chlei tools.
  • the rotor may be formed of a homogeneous soft magnetic hardened sintered part.
  • a soft magnetic metallurgical powder as the starting material of the sintered body, a particularly suitable wei chmagneti shear output body for the production of a dimensionally stable and low-wear cam rotor can be created, which also allows the aforementioned processing option in terms of low manufacturing tolerances.
  • the at least one guide slot may comprise a chamber with two oppositely offset connections to the pumping chamber, each of which emerges from the circumferential surface of the journal in an area of an outlet.
  • the at least one guide slot may comprise a chamber with a connection to at least one outlet. This makes it possible to implement a manufacturing technology simple structure in which a branch for feeding the delivery pressure from the outlets into the chamber inside or outside of the pump housing can be performed.
  • the blocking vanes may be formed in two parts and separated by a gap, with part of the delivered liquid medium flowing through the connections into the chamber and penetrating the gap, thereby urging the parts of the two-part blocking vanes radially outward. Due to the division of the blocking wing, in contrast to a one-piece wing outwardly directed force for pressing the wing against the Nockenpro fil be initiated. Taking advantage of the output pressure of the pump, a hydrostatic contact pressure between the wing parts is applied in the chamber.
  • the electric pump may include a split pot disposed concentrically between the rotor and the stator.
  • a structure with a dry runner can be realized.
  • a separation of the stator coil from the medium-conducting region is particularly suitable for the promotion of aqueous media such as coolant, which tend to hydrolysis in the stator coils.
  • the at least one inlet and the at least one outlet at the same end face of the hollow cylindrical pump chamber may exit the pump housing.
  • the at least one inlet and the at least one outlet can each emerge from the pump housing on an opposite end face of the hollow cylindrical pump chamber.
  • a pump structure is provided with a flow in the axial direction.
  • the electrically driven positive displacement liquid pump may be used in a system that further controls a driving device that controls a power supply to the individual stator coils in accordance with a ratio between a torque of the reluctance motor and a rotational angle of the rotor, and a pressure sensor. which detects a pressure on the output side of the pump and outputs it to the drive device; wherein the Anêtvorri rect regulates a Drehmomentverl au f over a rotor rotation in response to an output pressure curve over a rotor revolution.
  • a pulsation of the pump pressure can be detected and incorporated into a control function.
  • stator coils By a driving intensity of the stator coils can be taken in targeted rotational angle ranges of the rotor influence on the torque of the electric drive and thus to the output pressure of the pump.
  • the stator coils By implementing a suitable control solution in the control device, the stator coils can be controlled in such a way that the resulting torque curve within one rotor revolution is compensated for a cyclically pulsating profile of the output pressure of the pump, which is due to the principle of a design with discrete chambers.
  • the following steps are carried out, inter alia, for the production of the electrically driven displacement liquid pump: sintering of bodies respectively for the bearing journal and the rotor, hardening the sintered body, and grinding the hardened body respectively to the extent of the dimensions of the journal and the rotor and the extent of the contour of the cam profile.
  • These process steps offer an economically viable option for producing the functionally characteristic components with high precision, in order in particular to meet the requirements of a reliable design of the aforementioned gap seals of less than 30 ⁇ m. If the bodies of the trunnion and the cam rotor are made of the same sintered material, the components have the same coefficient of thermal expansion, so that the gap seals are maintained substantially temperaturunabh briefly g. This property in turn contributes to the avoidance of sealing elements and the design of a low-friction electric machine or pump.
  • Fig. 1 is an exploded perspective view of the electric pump with a
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the electric pump according to the first
  • FIG 3 is an exploded perspective view of the electric pump with a two-part blocking wing and a pressure chamber in the guide slot according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a longitudinal sectional view of the electric pump according to the second
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the electric pump according to the second
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the electric pump with a two-part blocking wing and a compression spring in the guide slot according to a third embodiment
  • Fig. 7 is a schematic cross-sectional view of a modification of the second
  • Fig. 8 is a schematic longitudinal sectional view of the modification second
  • Figures 1 and 2 show an embodiment with a one-piece rigid locking wing 3 and a cam rotor 4 with three cam lobes 43.
  • the pump housing 1 consists of a housing cup 1 a with a cylindrical
  • the housing cup l a is completed by a housing cover lb.
  • the control electronics e.g. the drive device 6 was added.
  • the housing cover 1b has cooling fins for cooling the control electronics.
  • the pump housing 1 comprises a lb in front of the housing cover round pump cover 11, which terminates an axial end of the journal 2.
  • the pump housing 1 has a hollow cylindrical interior as the pump chamber 10.
  • a motor stator 5 is arranged in the inner peripheral region of the pump chamber 10.
  • the motor stator 5 has stator coils 50 which are supplied with electric power from the control electronics and controlled.
  • a cylindrical bearing journal 2 is concentrically arranged, which extends between the bottom of the housing cup la and the pump cover 1 1, that is, over the entire axial length of the pump chamber 10. The arrangement between the housing cup la, the bearing pin 2 and the pump cover 1 1 is secured by screwing with through holes in the axial direction of the journal 2.
  • a guide slot 23 for receiving a locking tab 3 is formed, wherein the depth in the outer radial region is the entire axial length of the journal 2. In an inner radial region, the depth of the guide slot 23 is approximately half the axial length of the journal 2. In addition, in a central region of the guide slot 23, a chamber 22 in the journal 2 is excluded. Between the chamber 22 and the circumferential surface 24, two connecting bores 21 extend through the journal 2. The connecting bores 21 exit at the peripheral surface 24 in a region adjacent to the guide slot 23 or in front of the guiding slot 23 in a rotational direction of the cam rotor 4 ,
  • the blocking wing 3 has a width which corresponds to the axial length of the bearing journal 2 or the hollow cylindrical pump chamber 10.
  • the blocking wing 3 has, in a central region in the longitudinal direction, a recess which is longer than the extension of the half-depth in the inner radial region of the bearing journal 2 remaining portion of the guide portion 23.
  • the locking wing 3 can be moved in both directions of the guide slot 23 over the circumference of the journal 2 addition.
  • the cam rotor 4 is arranged, which rotates about the bearing pin 2.
  • the width of the rotor 4, ie its extent in the axial direction corresponds to the width of the ends of the blocking wing 3, ie the axial length of the bearing pin 2 and the hollow cylindrical pump chamber 10.
  • the outer periphery of the cam rotor 4 has radial cuts, so that through the intervening Sections discrete circumferential segments or pronounced rotor teeth are formed.
  • the rotor teeth form the rotor poles 45 of the rotor 4 for a reluctance motor, which is formed together with the stator 5 and serves as an electric drive the highly integrated barrier wing pump.
  • the body of the cam rotor 4 is formed together with the rotor teeth 45 as a one-piece powder metallurgy produced sintered part with high-permeability soft magnetic properties, which consists of a powder composite material from the group of "Soft Magnetic Composites" (SMC).
  • SMC Soft Magnetic Composites
  • the cam rotor 4 is axially surrounded by the wall surfaces of the cylindrical pump chamber 10.
  • the one wall surface of the pump chamber 10 is formed by the bottom of the housing cup 1 a, the other opposing wall surface is formed by the pump cover 11.
  • the axial extent of the hollow cylindrical pump chamber 10 is defined by the length of the journal 2 and corresponds substantially to the axial extent of the cam rotor 4.
  • the cam rotor 4 has a radially inner cam profile 41.
  • the cam profile 41 is divided into three circular arc segments 42, which extend radially further inward, and three cam lobes 43, which extend arcuately further radially outward. Due to the odd number of alternating circular arc segments 42 and cam lobes 43 and a complementary shape of opposite transition curves, the cam profile 41 over the entire rotor circumference always the same diametrical distance between the contour surfaces of the cam profile 41.
  • the cam rotor 4 on the end faces Ausappel ments 44 which are surrounded by linear surfaces 46 which extend along the order along longitudinally within the stator teeth 45 and along the cam profile 41.
  • the friction surface is reduced relative to the walls of the pump chamber 10.
  • the recesses 44 can fill with the required medium. If the medium has a lubricating property, these recesses 44 serve as lubricant pockets, which further reduce a loss friction of the cam rotor 4.
  • the contour of the circular arc segments 42 is adapted to the peripheral surface 24 of the bearing journal 2, so that the three circular arc segments 42 together form a sliding bearing seat of the cam rotor 4 on the bearing journal 2.
  • a characteri sti cal feature of this Sperrulatelpumpentyps thus consists in that the Nockenprofi l 41 at the same time assumes the storage of the cam rotor 4, so that this design dispenses with a pump or rotor shaft in the conventional sense.
  • the flat height is thus achieved, inter alia, by the elimination of a conventional shaft bearing in the axial extent of the rotor.
  • the cam rotor 4 Since the cam rotor 4 is bounded on the face side by the wall surfaces of the pump chamber 10, the radial cavities of the cam lobes form Similarly as the vane pump vane, the cam chambers 40 rotate with a rotary motion of the rotor 4. In contrast to the vane pump having an eccentric structure with rotating wings, the ratchet wing 3 of the present structure shifts only in the longitudinal direction and the bearing pin 2, the cam rotor 4 and the hollow cylindrical pump chamber 10 are arranged coaxially with each other.
  • the locking wing 3 is inserted in the guide slot 23 diametrically between the surfaces of the cam profile 41.
  • the bearing pin 2 wherein the locking wing 3 is in sliding contact with the cam profile 41 with rounded contact surfaces at the ends.
  • the three cam chambers 40 pass alternately the two ends of the blocking wing.
  • a mirror-image or point-symmetrical arrangement of the inlet 12 and the outlet 13 is formed.
  • three cam chambers 40 and a blocking wing 3 thus results in 6 simultaneous intake and discharge cycles per rotor revolution. Due to the alternatingly running cycles occurs here, viewed over an entire pump output, an extremely low pulsation of the output pressure.
  • the cam chambers 40 are sealed by gap seals.
  • a gap seal on the sliding bearing seat between the cam chambers 40 is set over the radial distance between the circular arc segments 42 and the circumferential surface 24.
  • Another gap seal between the line-shaped surfaces 46 on the end faces of the cam rotor 4 and the opposite Wandoberti surfaces of the pump chamber 10 is set over the axial length of the journal 2.
  • Another gap seal between the contact surfaces of the blocking wing 3 and the contour of the cam profile 4 is set over the length of the blocking wing 3.
  • the gap seals offer by selecting a precisely set gap a sufficient penetration resistance against the medium to be pumped.
  • the gap size is selected as a function of the intended field of application and can be 50 ⁇ m or preferably 40 ⁇ m, and in particular in the described embodiment, 30 ⁇ m or less.
  • a gap is not more than 30 ⁇ appropriate.
  • gear pumps with a working pressure of about 20 bar the gap between 10 ⁇ and 20 ⁇ , and for Hydraulic applications, such as a power steering pump with a pressure range of 100 to 150 bar, the gap in about 10 ⁇ .
  • the gap dimension also depends on the distance of the sealing gap, such as e.g. the length of the circular arc segment 42. In this respect, given a sufficient distance of the sealing gap, the gap dimension on the slide bearing seat can be designed for a different value optimized with respect to a lubricating film formation.
  • the cam profile 41 has no tangential transitions but a curve with splines.
  • the rounding of the contact surfaces of the blocking wing 3 is tuned to this curve, so that a hertzian pressure between them is reduced.
  • Figures 3, 4 and 5 show a second embodiment of the highly integrated Sperrutelpumpe with a two-part locking wing 3a, 3b.
  • the hollow cylindrical pump chamber 10 and the bearing pin 2 in the axial extent of the same length.
  • the rotor 4 in axial extent substantially, i. except for the two-sided gap of the gap seals, the same degree.
  • the end walls of the hollow cylindrical pump chamber 10 adjoin the rotating cam chambers 40 in the cam curves 43 on both sides of the rotor 4.
  • the two parts of the blocking wing 3a, 3b are divided substantially in the middle of the overall length.
  • a gap is excluded, so that a pressure gap 25 between the two parts of the blocking wing 3a, 3b is formed.
  • the conveyed medium which in part fills the chamber 22 through the two communication bores 21, is mutually pressurized, and forms an alternating flow which cyclically penetrates the pressure nip 25.
  • the penetrating flow acts as a disengaging force on the inner ends of the two-part blocking wing 3a, 3b.
  • FIG. 6 shows a third embodiment of the highly integrated blocking-wing pump with a resilient blocking wing 3.
  • a central portion of the blocking wing 3 is replaced by a pressure spring 30.
  • the compression spring 30 serves, as in the second embodiment, to increase a contact pressure of the locking wing 3 and thus to allow an improved seal between the locking wing 3 and the cam profile 41.
  • the pressure spring 30 performs essentially no lifting and thus provides a static contact pressure.
  • dimensional tolerances of the cam profile 41 can also be compensated by the compression spring 30 in this embodiment with elastic locking wing 3.
  • FIGS. 7 and 8 a modification of the second embodiment is shown schematically.
  • the functional pump components in particular the cam rotor 4 and the bearing journal 2 are manufactured as sintered parts powdered ver 1 uri sch.
  • the sintered parts are then hardened and milled.
  • the guide gap 23 of the journal 2 and the dimensions and areas on which the gap seals are provided, ie in particular the AxialWebnread and the diameter of the journal 2, the linear surfaces 46 and the contour of the cam profile are then ground to size.
  • This manufacturing method allows a dimensionally stable production and represents a suitable starting point for the implementation of precisely adjusted gap seals.
  • the hardened sintered parts have a high seal strength and, with a corresponding surface polish, a low loss friction at the contact surfaces.
  • the illustrated embodiments have the structure of a wet rotor.
  • the structure of the illustrated embodiments can also be realized as a dry runner.
  • the cam rotor 4 may be formed from a soft magnetic stacked laminated core.
  • individual components may also be made of ceramic materials.
  • the frontal inlets 12 and outlets 13 may also be formed in the pump cover 1b instead of in the bottom of the housing cup 1a. Similarly, the inlets 12 in the bottom of the housing la and the outlets 13 in the pump cover lb, i. in opposite walls of the pump chamber 10, and vice versa. Thus, an axially flowed through pump can be realized.
  • the design is not limited to a guide slot 23, but may have two or three guide slots 23, each with two-part blocking wing 3.
  • the cam rotor 4 may form five or seven cam chambers 40.
  • the cam rotor 4 may have an even number of cam chambers 40, if the blocking vanes 3 do not extend diametrically, but shorter and are resiliently mounted.

Abstract

An electrically-driven liquid positive displacement pump for delivering a liquid medium has: a pump housing (1, 11) comprising a hollow-cylindrical pump chamber (10) and at least one inlet (12) and at least one outlet (13); a cylindrical journal (2) with a guide slot (23), in which a locking vane (3) is held; a rotor (4) with an innerlying cam profile (41), the rotor being rotatably mounted on the journal (2); and a stator (5) surrounding the rotor (4) and having stator coils (50). One end of the locking vane (3) separates the volume of a cam chamber (40) into a decreasing section and an increasing section, thereby allowing the liquid medium to be delivered through at least one inlet (12) and at least one outlet (13) on either side of the locking vane (3). The rotor (4) is integrally formed from a soft magnetic material and the outer periphery of the rotor has rotor poles (45) designed as peripheral segments that are separated by radial gaps, the rotor (4) and the stator (5) forming a reluctance motor.

Description

Beschreibung  description
Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe Electrically driven liquid displacement pump
Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe, die zur Förderung eines flüssigen Mediums in unterschiedlichen Einsatzgebieten, wie einem Schmierölkreislauf, einem Kühlmittelkreislauf oder einem Hydrauliksystem geeignet ist. The invention relates to an electrically driven liquid displacement pump, which is suitable for conveying a liquid medium in different applications, such as a lubricating oil circuit, a coolant circuit or a hydraulic system.
Aus zahlreichen verschiedenen Anwendungen sind elektrische Pumpen bekannt, die im Wesentlichen aus einer Pumpenbaugruppe und einer Motorbaugruppe bestehen. Im Allgemeinen wird für die unterschiedlichen Typen wie Kreiselpumpen oder Verdrängerpumpen ein geeigneter herkömmlicher Elektromotor über eine Welle mit einem Pumpenmechanismus gekoppelt, um in einer Pumpenkammer ein Flügelrad, einen Kolben oder dergleichen zu bewegen. Die verschiedenen Pumpen, bei denen eine Pumpenkammer und ein elektrischer Antrieb räumlich getrennt und über eine Welle dynamisch verbunden sind, weisen in der axialen Längenrichtung der Welle eine Gesamtabmessung auf, die zumeist der Summe der beiden Abmessungen der Pumpenbaugruppe und der Motorbaugruppe entspricht. Neben der Problemstellung einer begrenzten Lebensdauer von Wellendichtungen bietet die überwiegende Mehrzahl von elektrischen Pumpen daher keine zufriedenstellende Lösung für Einsatzbereiche, in denen eine erhöhte Einschränkung des Bauraums vorherrscht, und insbesondere eine geringe axiale Bauhöhe der Pumpe gewünscht wird. From many different applications electric pumps are known, which essentially consist of a pump assembly and a motor assembly. In general, for the different types, such as centrifugal pumps or positive displacement pumps, a suitable conventional electric motor is coupled via a shaft to a pump mechanism for moving an impeller, a piston or the like in a pump chamber. The various pumps, in which a pump chamber and an electric drive are spatially separated and dynamically connected via a shaft, have an overall dimension in the axial length direction of the shaft, which usually corresponds to the sum of the two dimensions of the pump assembly and the motor assembly. In addition to the problem of limited life of shaft seals, the vast majority of electric pumps therefore does not provide a satisfactory solution for applications in which an increased restriction of the installation space prevails, and in particular a low axial height of the pump is desired.
Im Zuge der Bestrebungen um eine Optimierung der Abmessungen elektrischer Pumpen sind hochintegrierte Bauweisen von elektrischen Pumpen entwickelt worden, bei denen eine räumliche Trennung der beiden Baugruppen durch die Ausgestaltung von Bauteilen mit doppelter Funktion aufgehoben wird. Eine Bauform mit geringer Bauhöhe, bei der sich die P umpenbaugruppe und der elektrische Antrieb einen gemeinsamen Rotor teilen ist beispielsweise in der US 2012/0051955 A I offenbart. Die in der US 2012/0051955 AI beschriebene exzentrische Flügelzellenölpumpe sieht einen Rotor vor, der einerseits radial bewegliche Flügel zur Bildung von Flügelzellen, und andererseits Permanentmagnete für die Funktion des elektrischen Antriebs aufweist. Der Stator ist radial außerhalb des Rotors in einem zylindrischen Gehäuse aufgenommen, wobei der Durchmesser und die Höhe des Gehäuses im Wesentlichen einer Umfassung des Stators genügen. In the course of the efforts to optimize the dimensions of electric pumps highly integrated designs of electric pumps have been developed in which a spatial separation of the two assemblies is repealed by the design of components with dual function. A design with a low overall height, in which the P umpenbaugruppe and the electric drive share a common rotor is disclosed for example in US 2012/0051955 AI. The eccentric vane oil pump described in US 2012/0051955 AI provides a rotor having on the one hand radially movable wings for the formation of vane, and on the other hand, permanent magnets for the function of the electric drive. The stator is received radially outwardly of the rotor in a cylindrical housing, wherein the diameter and the height of the housing substantially satisfy an enclosure of the stator.
Eine kompakte Bauweise einer koaxialen Strömungsmaschine, die sich als Flüssigkeitspumpe, Vakuumpumpe oder Verdichter bzw. Gebläse eignet, ist im Stand der Technik anhand der DE 10 2012 023 000 AI beschrieben. Die Strömungsmaschine weist ein Gehäuse, einen Stator, einen Rotornockenring, eine feste Achse und einen Drehschieber in einer Nut in der festen Achse auf. Zwischen dem Rotornockenring, der festen Achse und dem Drehschieber wird eine Fluidkammer gebildet, die bei einer Drehbewegung des Rotornockenrings größer oder kleiner wird. Der Rotornockenring weist an der Innenseite Nockenkurven und an der Außenseite wiederum Magnete auf. A compact design of a coaxial flow machine, which is suitable as a liquid pump, vacuum pump or compressor or fan is described in the prior art with reference to DE 10 2012 023 000 AI. The turbomachine has a housing, a stator, a rotor cam ring, a fixed axis and a rotary valve in a groove in the fixed axis. Between the rotor cam ring, the fixed axis and the rotary valve, a fluid chamber is formed, which is larger or smaller in a rotational movement of the rotor cam ring. The rotor cam ring has cam curves on the inside and magnets on the outside.
Wie zuvor angesprochen, reduzieren diese Beispiele eine Gesamtabmessung des Pumpenaufbaus durch eine Vereinigung der Baugruppen anhand eines gemeinsamen Rotorelements. Um die beiden genannten Funktionsweisen an diesem Bauteil zu realisieren, sieht der Stand der Technik einen mehrteiligen Aufbau des Rotors vor, der wenigstens ein ringförmiges Nockenelement und Magnetkörper umfasst. Da insbesondere der Rotor im Betrieb dynamischen Belastungen ausgesetzt ist, sind bei der Herstellung dieses Bauteils erhöhte Anforderungen an ein passungskonformes Zusammenfügen der einzelnen Elemente gestellt. Somit ist gerade im Hinblick auf eine Fertigung von Stückzahlen im industriellen Maßstab eine Vereinfachung des Aufbaus und der Herstellung hochintegrierter Pumpen von erheblichem Interesse. As previously mentioned, these examples reduce an overall size of the pump assembly by uniting the assemblies with a common rotor element. In order to realize the two mentioned modes of operation of this component, the prior art provides a multi-part structure of the rotor, which comprises at least one annular cam member and magnetic body. Since, in particular, the rotor is exposed to dynamic loads during operation, in the production of this component, increased demands are placed on a fitting-compliant assembly of the individual elements. Thus, especially with regard to the production of quantities on an industrial scale, a simplification of the structure and the production of highly integrated pumps of considerable interest.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe zu schaffen, die einen geringeren Montageaufwand erfordert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine hochintegrierte elektrische Sperrllügelpumpe mit koaxial zueinander angeordnetem Lagerzapfen und Nockenrotor nach dem Anspruch 1 gelöst. It is therefore an object of the present invention to provide an electrically driven liquid positive displacement pump which requires less installation effort. This object is achieved by a highly integrated electric Sperrllügelpumpe with coaxially arranged bearing pin and cam rotor according to claim 1.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe zum Fördern eines flüssigen Mediums auf: ein Pumpengehäuse mit einer hohlzylindrischen Pumpenkammer und wenigstens einem Einlass und wenigstens einem Auslass, die jeweils an einer Stirnseite der hohlzyli ndri sehen Pumpenkammer ausgebildet sind; einen zylindrischen Lagerzapfen, der sich konzentrisch zur Mittelachse der hohlzyl indrischen Pumpenkammer über deren axiale Länge erstreckt, und wenigstens einen entlang zumindest eines Teils des Durchmessers des Lagerzapfens verlaufenden Führungsschlitz aufweist, in dem wenigstens ein Sperrflügel in dessen Längsrichtung verschieblich aufgenommen ist; einen Rotor, der konzentrisch zur Mittelachse der hohlzylindrischen Pumpenkammer angeordnet ist und sich über deren axiale Länge erstreckt, mit einem innenliegenden Nockenprofil, wobei das Nockenprofil radial nach innen gerichtete Kreisbogensegmente aufweist, durch die der Rotor auf einer Umfangstläche des zylindrischen Lagerzapfens um diesen herum drehbar gelagert ist, und radial nach außen gerichtete Nockenkurven aufweist, die sich von der Umfangsfläche erheben und Nockenkammern zwischen den Stirnflächen der hohlzyl indri sehen Pumpenkammer bilden; einen konzentrisch in der hohlzylindrischen Pumpenkammer angeordneten Stator mit Statorspulen, der den Rotor umgibt; wobei ein Ende des wenigstens einen Sperrflügels über die axiale Länge der Pumpenkammer mit dem Nockenprofil in Kontakt steht und das Volumen einer passierenden Nockenkammer während einer Drehbewegung des Rotors in einen abnehmenden Teil und einen zunehmenden Teil abtrennt, wodurch das flüssige Medium durch wenigstens einen Einlass und wenigstens einen Auslass beidseitig des einen Endes des einen Sperrflügels gefördert wird. According to one aspect of the invention, an electrically driven liquid displacement pump for conveying a liquid medium comprises: a pump housing having a hollow cylindrical pump chamber and at least one inlet and at least one outlet, which are each formed on an end face of the hollow cylinder pump chamber; a cylindrical journal extending concentrically with the central axis of the hollow cylindrical pump chamber over the axial length thereof, and having at least one along at least a portion of the diameter of the journal extending guide slot, in which at least one locking wing is slidably received in the longitudinal direction thereof; a rotor disposed concentric with the central axis of the hollow cylindrical pump chamber and extending along the axial length thereof with an inboard cam profile, the cam profile having radially inwardly directed arcuate segments through which the rotor is rotatably mounted thereabout on a peripheral surface of the cylindrical journal is, and radially outwardly directed cam curves which rise from the peripheral surface and form cam chambers between the end faces of the hollow cylinder india see pump chamber; a stator concentrically arranged in the hollow cylindrical pump chamber with stator coils surrounding the rotor; wherein one end of the at least one barrier vane contacts the cam profile over the axial length of the pumping chamber and separates the volume of a passing cam chamber into a descending portion and an increasing portion during rotational movement of the rotor, whereby the fluid medium passes through at least one inlet and at least one inlet an outlet is conveyed on both sides of the one end of the one blocking wing.
Die erfindungsgemäße hochintegrierte koaxiale Sperrflügelpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Rotor aus einem weichmagnetischen Material einteilig ausgebildet ist, und an seinem Außenumfang durch Radialspalte unterteilte Umfangssegmente als Roiorpole aufweist, wobei der Rotor und der Stator einen Reluktanzmotor bilden. The highly integrated coaxial radial vane pump according to the invention is characterized in particular in that the rotor is made of a soft magnetic material in one piece, and divided on its outer circumference by radial gaps Having circumferential segments as Roiorpole, wherein the rotor and the stator form a reluctance motor.
Die Erfindung sieht erstmals eine hochintegrierte elektrische Pumpe mit einem einteilig ausgebildeten Rotor vor, der eine Funktionalität für die Baugruppe des Pumpenmechanismus und des elektrischen Antriebs übernimmt. Ferner schlägt die Erfindung erstmals eine hochintegrierte koaxiale Sperr flügelpumpe mit Nockenrotor vor, die gegenüber der genannten Strömungsmaschine aus dem Stand der Technik Vorteile eines alternativen elektrischen Antriebs und eines vereinfachten Aufbaus bereitstellt. The invention provides for the first time a highly integrated electric pump with a one-piece rotor, which assumes a functionality for the assembly of the pump mechanism and the electric drive. Furthermore, the invention proposes for the first time a highly integrated coaxial blocking vane pump with cam rotor, which provides over the said flow machine of the prior art advantages of an alternative electric drive and a simplified structure.
Die Magnetkörper der Permanentmagnete am Rotor können entfallen, indem ein elektrischer Antrieb nach dem Prinzip eines Reluktanzmotors gebildet wird. Durch Radialspalte in der äußeren Umfangs fläche des Rotors werden diskrete Umfangssegmente unterteilt bzw. Rotorzähne ausgeprägt, die unter Auswahl eines weichmagnetischen, für den Rotorkörper geeigneten Materials die Funktion der Rotorpole übernehmen, sodass der Rotors auf eine Beschaltung von Wicklungen an den Statorzähnen dynamisch anspricht. The magnetic body of the permanent magnets on the rotor can be omitted by an electric drive is formed according to the principle of a reluctance motor. By radial gaps in the outer peripheral surface of the rotor discrete circumferential segments are divided or rotor teeth pronounced, take over the selection of a soft magnetic, suitable for the rotor body material the function of the rotor poles, so that the rotor responsively to a wiring of windings on the stator teeth.
Der einteilige Aufbau des vorgesehenen Rotors verringert den Montageaufwand bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Sperrflügelpumpe. Da der Rotor keine Magnetkörper umfasst, können Kosten für diese sowie für die Arbeitsschritte des Einpassens und Zusammenfügens zur Montage des Rotors eingespart werden. The one-piece construction of the intended rotor reduces the assembly effort in the production of the Sperrwügelpumpe invention. Since the rotor comprises no magnetic body, costs for this and for the steps of fitting and assembling for mounting the rotor can be saved.
Die Ausgestaltung eines solchen wei chmagneti sehen Rotors bietet zudem eine bevorzugte Eignung zur Anwendung in einem Schmierölkreislauf!, wie z.B. für eine Verbrennungsmaschine. The design of such a white magnetic rotor also offers a preferred suitability for use in a lubricating oil circuit! for an internal combustion engine.
Schmierölkreisläufe führen durch den Betriebsverschleiß der zu schmierenden Maschinenteile stets einen zunehmenden Anteil von Partikeln metallischen Abriebs, insofern sich in dem Schmierölkreislauf ein elektrischer Antrieb mit Permanentmagneten befindet, werden die Partikel von diesen angezogen und lagern sich ab. Im Falle eines als Naßläufer ausgestalteten Motors lagern sich die Partikel im Allgemeinen zunächst direkt an den Magnetkörpern ab. Im Falle eines als Trockenläufer ausgestalteten Motors lagern sich die Partikel vorzugsweise innerhalb eines magnetischen Anziehungsbereichs derDue to the operating wear of the machine parts to be lubricated, lubricating oil circuits always result in an increasing proportion of particles of metallic abrasion, insofar as an electric drive with permanent magnets is located in the lubricating oil circuit, the particles are attracted to these and deposit. In the case of a motor designed as a wet rotor, the particles generally initially deposit directly from the magnetic bodies. In the case of a motor designed as a dry runner, the particles preferably store within a magnetic attraction region of the
Permanentmagnete ab. Durch die Vereinigung der Baugruppen in einer hochintegrierten elektrischenPermanent magnets off. By combining the assemblies in a highly integrated electrical
Pumpe kann daher nicht nur der elektrische Antrieb sondern auch die Baugruppe der Pumpenmechanik durch die Anlagerung von metallischen Partikeln beeinträchtigt werden. Im Hinblick auf die hochintegrierte koaxiale Sperrflügelpumpe können sich bei effizienter Ausgestaltung der Nockenkammern mit einer dünnen verbleibenden Wandstärke zum Außenumfang des Rotors bzw. den Magnetkörpern solche Partikel bevorzugt in den Nockenerhebungen anlagern und den Verschleiß im Bereich des Gleitkontakts zwischen Sperrflügel und Kontur des Nockenprofils verstärken. Pump can therefore be affected by the addition of metallic particles not only the electric drive but also the assembly of the pump mechanism. With regard to the highly integrated coaxial radial vane pump can in an efficient design of the cam chambers with a thin remaining wall thickness to the outer periphery of the rotor or the magnetic bodies preferably attach such particles in the cam lobes and reinforce the wear in the sliding contact between the locking wing and contour of the cam profile.
Somit lassen sich durch den einteilig ausgebildeten weichmagnetischen Nockenrotor insbesondere bei Anwendungen der hochintegrierten Sperrflügelpumpe zur Schmierölförderung Vorteile hinsichtlich der Verschleißfestigkeit und der Sicherstellung eines zuverlässigen Betriebs erzielen. Thus, the one-piece soft-magnetic cam rotor can provide advantages in terms of wear resistance and reliable operation, particularly in applications of the highly integrated vane pump for lubricating oil production.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen hochintegrierten elektrischen Sperrflügelpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Advantageous developments of the highly integrated electric Sperrwügelpumpe invention are the subject of the dependent claims.
In einer vorteilhaften Ausführungs orm kann der Lagerzapfen scheibenförmig ausgebildet sein, wobei die axiale Länge des Lagerzapfens die Hälfte oder weniger, vorzugsweise ein Drittel des Durchmessers des Lagerzapfens beträgt. Der Lagerzapfen ist ein maßgebliches Bauteil für die Dimensionierung des Abmessungsverhältnisses der Sperrflügelpumpe. Wie eingangs genannt, liegen besondere Vorzüge dieses Autbaus in der geringen axialen Bauhöhe. Mit einer geringen axialen Länge des Lagerzapfens im Verhältnis zu dessen Durchmesser lässt sich eine Pumpe mit einer besonders flachen, scheibenförmigen Gestalt realisieren. In an advantageous embodiment orm of the journal may be disc-shaped, wherein the axial length of the journal is half or less, preferably one third of the diameter of the journal. The journal is a significant component for the dimensioning of the dimension ratio of the Sperrwügelpumpe. As mentioned at the beginning, there are special advantages of this construction in the low axial height. With a small axial length of the journal in relation to the diameter of a pump can be realized with a particularly flat, disc-shaped.
Darüber hinaus nimmt bei einer kurzen Dimensionierung des Lagerzapfens eine entsprechende Breite des Nockenprofils und des Sperrflügels ab. Die Kontaktlinie des Gleitkontakts zwischen diesen beiden Bauteilen wird im Verhältnis zum Durchmesser des Rotors bzw. zum Volumen der Nockenkammern kleiner. Somit können Reibungsverluste und Leckageverluste zwischen dem Nockenprofil und dem Sperrflügel verringert und der volumetrische Wirkungsgrad erhöht werden. In addition, decreases in a short dimensioning of the journal from a corresponding width of the cam profile and the blocking wing. The contact line of the Sliding contact between these two components becomes smaller in relation to the diameter of the rotor or to the volume of the cam chambers. Thus, friction losses and leakage losses between the cam profile and the barrier wing can be reduced and the volumetric efficiency can be increased.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann zwischen der Umfangsfläche des Lagerzapfens und den darauf drehbar gelagerten Krei sbogensegm enten des Nockenprofi ls eine Spaltdichtung ausgebildet sein. Durch den Verzicht auf Dichtungselemente zwischen den Gleitflächen der Rotorlagerung kann eine möglichst geringe Verlustreibung erzielt werden. Da der Rotor und der Lagerzapfen eine höhere Materialhärte als diejenige eines Dichtungselements aufweisen, kann durch die Ausgestaltung einer Spaltdichtung eine höhere Verschleißfestigkeit und Maßhaltigkeit der Kontaktflächen der Gleitlagerung des Rotors auf dem Lagerzapfen gewährleistet werden. Ferner kann der Montageaufwand zum Einfügen von Dichtungselementen in diesem Bereich entfallen. In a preferred embodiment can be formed between the peripheral surface of the journal and the rotatably mounted Kre¬ sbogensegm ducks of Nockenprofi ls a gap seal. By dispensing with sealing elements between the sliding surfaces of the rotor bearing the lowest possible loss friction can be achieved. Since the rotor and the bearing pin have a higher material hardness than that of a sealing element, a higher wear resistance and dimensional accuracy of the contact surfaces of the sliding bearing of the rotor can be ensured on the bearing journal by the design of a gap seal. Furthermore, the assembly effort for the insertion of sealing elements in this area can be omitted.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann zwischen stirnseitigen Flächen des Rotors und axial gegenüberliegenden Oberflächen der Pumpenkammer beidseitig des Rotors eine Spaltdichtung ausgebildet sein. Durch eine stirnseitige Spaltabdichtung des Rotors zu den Innenwänden des Pumpengehäuses kann der Einsatz von Dichtungsringen entfallen. Somit kann auch hier eine Verlustreibung des Rotors und eine Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einem Dichtungsring verbessert werden. Zudem kann der Montageaufwand zum Einfügen von Dichtungsringen entfallen. In a preferred embodiment, a gap seal can be formed between frontal surfaces of the rotor and axially opposite surfaces of the pump chamber on both sides of the rotor. By an end gap seal of the rotor to the inner walls of the pump housing, the use of sealing rings can be omitted. Thus, also here a loss of friction of the rotor and a wear resistance can be improved compared to a sealing ring. In addition, the assembly costs for inserting sealing rings can be omitted.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform können an den Stirnseiten des Rotors Ausnehmungen ausgebildet sein, die von der Spaltdichtung zwischen den stirnseitigen Flächen des Rotors und der axial gegenüberliegenden Oberfläche der Pumpenkammer umgeben sind. Hierdurch werden die Kontaktflächen der stirnseitigen Spaltabdichtung und die Verlustreibung des Rotors verringert. In a preferred embodiment, recesses may be formed on the end faces of the rotor, which are surrounded by the gap seal between the end faces of the rotor and the axially opposite surface of the pump chamber. As a result, the contact surfaces of the front-side gap seal and the loss friction of the rotor are reduced.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann zwischen einem Ende des wenigstens einen Sperrflügels und der fortlaufenden Kontur des Nockenprofils eine Spaltdichtung ausgebildet sein. Insbesondere bei einem einteiligen Sperrflügel, der sich starr in dem Nockenrotor erstreckt, stellt sich durch die verschiebliche Lagerung des Sperrflügels in dem Führungsschlitz eine Spaltdichtung an den beiden Kontaktlinien des Sperrflügels zur Kontur des Nockenprofils ein. Infolgedessen können im Vergleich zu einem Dichtungselement an den Kontaktlinien wiederum eine Verlustreibung verringert und eine Verschleißfestigkeit erhöht werden. Ferner kann auch in diesem Bereich der Montageaufwand zum Einfügen von Dichtungselementen entfallen. In a preferred embodiment, between one end of the at least one blocking wing and the continuous contour of the cam profile, a gap seal be educated. In particular, in the case of a one-piece blocking wing, which extends rigidly in the cam rotor, a gap seal on the two contact lines of the blocking wing adjusts to the contour of the cam profile due to the slidable mounting of the blocking wing in the guide slot. As a result, in comparison to a sealing member at the contact lines, in turn, a loss friction can be reduced and a wear resistance can be increased. Furthermore, the installation effort for inserting sealing elements can also be omitted in this area.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Spaltmaß einer Spaltdichtung weniger als 50 μπι, vorzugsweise weniger als 40 μηι, und besonders bevorzugt weniger als 30 μιη, beziehungsweise bei einem Arbeitsdruck bis zu oder 10 bar vorzugsweise weniger als 20 μηι, und bei einem beispielhaften Arbeitsdruck bis zu oder 100 bar vorzugsweise höchstens 10 μηι betragen. Somit weisen die rotierenden Nockenkammern eine ausreichende Abdichtung gegen den Druck des flüssigen Mediums auf, wenn diese durch den Sperrflügel ausgestrichen werden, sodass geringe Leckageverluste auftreten und ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad gewährleistet ist. In a preferred embodiment, a gap of a gap seal less than 50 μπι, preferably less than 40 μηι, and more preferably less than 30 μιη, or at a working pressure up to or 10 bar preferably less than 20 μηι, and at an exemplary working pressure up to or 100 bar, preferably at most 10 μηι. Thus, the rotating cam chambers have a sufficient seal against the pressure of the liquid medium, when they are struck by the blocking wing, so that small leakage losses occur and a high volumetric efficiency is ensured.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Lagerzapfen aus einem gehärteten Sinterteil gebildet sein. Ein gehärtetes Sinterteil bietet einen besonders geeigneten Ausgangskörper zur Herstellung eines maßhaltigen und verschleißarmen Lagerzapfens, da dieses unter Verwendung von S chlei fwerkzeugen eine maßgenaue Fertigung mit einer Toleranz von bis zu ± 2 μηι ermöglicht. In a preferred embodiment, the bearing pin may be formed of a hardened sintered part. A hardened sintered body offers a particularly suitable starting body for producing a dimensionally stable and wear-resistant bearing journal, since this makes it possible to produce dimensionally accurate production with a tolerance of up to ± 2 μηι using S chlei tools.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Rotor aus einem homogenen weichmagnetischen gehärteten Sinterteil gebildet sein. Durch Auswahl eines weichmagnetischen metallurgischen Pulvers als Ausgangsmaterial des Sinterteils kann ein besonders geeigneter wei chmagneti scher Ausgangskörper zur Herstellung eines maßhaltigen und verschleißarmen Nockenrotors geschaffen werden, der ebenfalls die zuvor genannte Bearbeitungsmöglichkeit im Hinblick auf geringe Fertigungstoleranzen ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der wenigstens eine Führungsschlitz eine Kammer mit zwei gegenüberliegend versetzten Verbindungen zur Pumpenkammer aufweisen, die jeweils in einem Bereich eines Auslasses aus der Umfangsfläche des Lagerzapfens austreten. Durch die Verbindungen in einem Bereich der Auslässe, d.h. in einem Druckbereich, in dem das Volumen der Nockenkammern vor dem Sperrflügel abnimmt, strömt ein Teil des geförderten Mediums in die Kammer des Führungsschlitzes und stellt somit bei geeigneten Eigenschaften des Mediums einen Gleitfilm zwischen dem Sperrflügel und dem Führungsschlitz her. Durch die Anordnung von zwei gegenüberli egenden Verbindungen wird eine wechselseitige Druckbeaufsch 1 agung der Kammer bzw. eine alternierende Durchströmung erzielt. In a preferred embodiment, the rotor may be formed of a homogeneous soft magnetic hardened sintered part. By selecting a soft magnetic metallurgical powder as the starting material of the sintered body, a particularly suitable wei chmagneti shear output body for the production of a dimensionally stable and low-wear cam rotor can be created, which also allows the aforementioned processing option in terms of low manufacturing tolerances. In a preferred embodiment, the at least one guide slot may comprise a chamber with two oppositely offset connections to the pumping chamber, each of which emerges from the circumferential surface of the journal in an area of an outlet. Due to the connections in a region of the outlets, ie in a pressure range in which decreases the volume of the cam chambers in front of the blocking wing, a portion of the conveyed medium flows into the chamber of the guide slot and thus provides with appropriate properties of the medium a sliding film between the barrier wing and the guide slot ago. Due to the arrangement of two gegenüberli Egenden connections a mutual Druckbeaufsch 1 Agung the chamber or an alternating flow is achieved.
In einer alternativen Ausführungsform kann der wenigstens eine Führungsschlitz eine Kammer mit einer Verbindung zu wenigstens einem Auslass aufweisen. Hierdurch lässt sich ein fertigungstechnisch einfacher Aufbau umsetzen, bei dem eine Verzweigung zur Zuführung des Förderdrucks aus den Auslässen in die Kammer innerhalb oder außerhalb des Pumpengehäuses geführt werden kann. In an alternative embodiment, the at least one guide slot may comprise a chamber with a connection to at least one outlet. This makes it possible to implement a manufacturing technology simple structure in which a branch for feeding the delivery pressure from the outlets into the chamber inside or outside of the pump housing can be performed.
In einer bevorzugten Aus lührungsform kann der Sperrflügel zweiteilig ausgebildet und über einen Spalt getrennt sein, wobei ein Teil des geförderten flüssigen Mediums durch die Verbindungen in die Kammer strömt und den Spalt durchdringt, wodurch die Teile des zweiteiligen Sperrflügels radial nach außen gedrängt werden. Durch die Zweiteilung des Sperrflügels kann im Gegensatz zu einem einteiligen Flügel eine nach außen gerichtete Kraft zum Anpressen des Flügels gegen das Nockenpro fil eingeleitet werden. Unter Ausnutzung des Ausgangsdrucks der Pumpe wird in der Kammer ein hydrostatischer Anpressdruck zwischen den Flügelteilen aufgebracht. In a preferred embodiment, the blocking vanes may be formed in two parts and separated by a gap, with part of the delivered liquid medium flowing through the connections into the chamber and penetrating the gap, thereby urging the parts of the two-part blocking vanes radially outward. Due to the division of the blocking wing, in contrast to a one-piece wing outwardly directed force for pressing the wing against the Nockenpro fil be initiated. Taking advantage of the output pressure of the pump, a hydrostatic contact pressure between the wing parts is applied in the chamber.
In einer alternativen Ausführungsform kann die elektrische Pumpe einen Spalttopf aufweisen, der konzentrisch zwischen dem Rotor und dem Stator angeordnet ist. Durch diese Ausführungsform kann ein Aufbau mit einem Trockenläufer realisiert werden. Eine Abtrennung der Statorspulen von dem Medium führenden Bereich eignet sich insbesondere zur Förderung von wässerigen Fördermedien wie z.B. Kühlmittel, die im Bereich der Statorspulen zu Hydrolyse neigen. In einer Ausführungsform können der wenigstens eine Einlass und der wenigstens eine Auslass an derselben Stirnseite der hohlzylindrischen Pumpenkammer aus dem Pumpengehäuse austreten. Somit wird ein Pumpenaufbau mit einseitigen Anschlüssen geschaffen. In an alternative embodiment, the electric pump may include a split pot disposed concentrically between the rotor and the stator. By this embodiment, a structure with a dry runner can be realized. A separation of the stator coil from the medium-conducting region is particularly suitable for the promotion of aqueous media such as coolant, which tend to hydrolysis in the stator coils. In one embodiment, the at least one inlet and the at least one outlet at the same end face of the hollow cylindrical pump chamber may exit the pump housing. Thus, a pump assembly with unilateral connections is provided.
In einer alternativen Ausführungsform kann der wenigstens eine Einlass und der wenigstens eine Auslass jeweils auf einer gegenüberliegenden Stirnseite der hohlzylindrischen Pumpenkammer aus dem Pumpengehäuse austreten. Somit wird ein Pumpenaufbau mit einer Durchströmung in axialer Richtung geschaffen. In an alternative embodiment, the at least one inlet and the at least one outlet can each emerge from the pump housing on an opposite end face of the hollow cylindrical pump chamber. Thus, a pump structure is provided with a flow in the axial direction.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die elektrisch angetriebene Verdränger- Flüssigkeitspumpe in einem System verwendet werden, das ferner eine Ansteuervorrichtung, die eine Leistungszufuhr zu den einzelnen Statorspulen in Abhängigkeit eines Verhältnisses zwischen einem Drehmoment des Reluktanzmotors und einem Drehwinkel des Rotors steuert, und einen Drucksensor, der einen Druck ausgangsseitig der Pumpe erfasst und an die Ansteuervorrichtung ausgibt, aufweist; wobei die Ansteuervorri chtung einen Drehmomentverl au f über eine Rotorumdrehung in Abhängigkeit eines Ausgangsdruckverlaufs über eine Rotorumdrehung regelt. Durch einen ausgangsei tigen Drucksensor kann ein Pulsieren des Pumpendrucks erfasst werden und in eine Regelungsfunktion einfließen. Durch eine Ansteuerungsintensität der Statorspulen kann in gezielten Drehwinkelbereichen des Rotors Einfluss auf das Drehmoment des elektrischen Antriebs und somit auf den Ausgangsdruck der Pumpe genommen werden. Durch die Implementierung einer geeigneten Regelungslünktion in der Ansteuervorrichtung können die Statorspulen derart angesteuert werden, dass der resultierende Drehmomentverlauf innerhalb einer Rotorumdrehung einen zyklisch pulsierenden Verlauf des Ausgangsdrucks der Pumpe, der durch das Prinzip einer Bauform mit diskreten Kammern bedingt ist, kompensiert wird. According to one aspect of the invention, the electrically driven positive displacement liquid pump may be used in a system that further controls a driving device that controls a power supply to the individual stator coils in accordance with a ratio between a torque of the reluctance motor and a rotational angle of the rotor, and a pressure sensor. which detects a pressure on the output side of the pump and outputs it to the drive device; wherein the Ansteuervorri rect regulates a Drehmomentverl au f over a rotor rotation in response to an output pressure curve over a rotor revolution. By means of an output-side pressure sensor, a pulsation of the pump pressure can be detected and incorporated into a control function. By a driving intensity of the stator coils can be taken in targeted rotational angle ranges of the rotor influence on the torque of the electric drive and thus to the output pressure of the pump. By implementing a suitable control solution in the control device, the stator coils can be controlled in such a way that the resulting torque curve within one rotor revolution is compensated for a cyclically pulsating profile of the output pressure of the pump, which is due to the principle of a design with discrete chambers.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden zur Herstellung der elektrisch angetriebenen Verdränger-Flüssigkeitspumpe unter anderem die folgenden Schritte durchgeführt: Sintern von Körpern jeweils für den Lagerzapfen und den Rotor, Härten der gesinterten Körper, und Schleifen der gehärteten Körper jeweils auf das Maß der Abmessungen des Lagerzapfens und des Rotors sowie das Maß der Kontur des Nockenprofils. Diese Verfahrensschritte bieten eine wirtschaftlich günstige Möglichkeit zur Herstellung der funktional charakteristischen Bauteile mit hoher Präzision, um insbesondere den Anforderungen einer zuverlässigen Ausgestaltung der zuvor genannten Spaltdichtungen von unter 30 μηι fertigungstechnisch gerecht zu werden. Wenn die Körper des Lagerzapfens und des Nockenrotors aus demselben Sintermaterial hergestellt werden, weisen die Bauteile denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, sodass die Spaltdichtungen im Wesentlichen temperaturunabhängi g erhalten bleiben. Diese Eigenschaft trägt wiederum zu der Vermeidung von Dichtungselementen und der Ausgestaltung einer reibungsarmen elektrischen Maschine bzw. Pumpe bei. According to one aspect of the invention, the following steps are carried out, inter alia, for the production of the electrically driven displacement liquid pump: sintering of bodies respectively for the bearing journal and the rotor, hardening the sintered body, and grinding the hardened body respectively to the extent of the dimensions of the journal and the rotor and the extent of the contour of the cam profile. These process steps offer an economically viable option for producing the functionally characteristic components with high precision, in order in particular to meet the requirements of a reliable design of the aforementioned gap seals of less than 30 μm. If the bodies of the trunnion and the cam rotor are made of the same sintered material, the components have the same coefficient of thermal expansion, so that the gap seals are maintained substantially temperaturunabhängi g. This property in turn contributes to the avoidance of sealing elements and the design of a low-friction electric machine or pump.
Die Erfindung wird nachfolgend durch Ausführungsbeispiele anhand der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigt: The invention will be explained in more detail by embodiments with reference to the accompanying figures. It shows:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht der elektrischen Pumpe mit einem Fig. 1 is an exploded perspective view of the electric pump with a
Sperrflügel und einem Nockenrotor mit drei Nockenkammern gemäß einer ersten Ausführungs orm der Erfindung; Fig. 2 eine Querschnittansicht der elektrischen Pumpe gemäß der ersten  Blocker wing and a cam rotor with three cam chambers according to a first embodiment of the invention orm; Fig. 2 is a cross-sectional view of the electric pump according to the first
Ausführungsform aus Fig. 1 ;  Embodiment of Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht der elektrischen Pumpe mit einem zweigeteilten Sperrflügel und einer Druckkammer im Führungsschlitz gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung; 3 is an exploded perspective view of the electric pump with a two-part blocking wing and a pressure chamber in the guide slot according to a second embodiment of the invention.
Fig. 4 eine Längsschnittansicht der elektrischen Pumpe gemäß der zweiten Fig. 4 is a longitudinal sectional view of the electric pump according to the second
Ausführungsform aus Fig. 3; Fig. 5 eine Querschnittansicht der elektrischen Pumpe gemäß der zweiten  Embodiment of Fig. 3; Fig. 5 is a cross-sectional view of the electric pump according to the second
Ausführungsform aus Fig. 3; Fig. 6 eine Querschnittansicht der elektrischen Pumpe mit einem zweigeteilten Sperrflügel und einer Druckfeder im Führungsschlitz gemäß einer dritten Ausführungsform; Fig. 7 eine schematische Querschnittansicht einer Modifikation der zweiten Embodiment of Fig. 3; 6 shows a cross-sectional view of the electric pump with a two-part blocking wing and a compression spring in the guide slot according to a third embodiment; Fig. 7 is a schematic cross-sectional view of a modification of the second
Ausführungsform mit einer alternativen Verbindung zwischen den Auslässen und der Kammer;  Embodiment with an alternative connection between the outlets and the chamber;
Fig. 8 eine schematische Längsschnittansicht der Modifikation zweiten Fig. 8 is a schematic longitudinal sectional view of the modification second
Ausführungsform aus Fig. 7;  Embodiment of Fig. 7;
Nachfolgend wird der Aufbau von beispielhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Flüssigkeits- Verdrängerpumpe bzw. die Konstruktion der hochintegrierten koaxialen Sperrflügelpumpe mit Nockenrotor in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Hereinafter, the structure of exemplary embodiments of the electrically driven liquid displacement pump according to the invention or the construction of the highly integrated coaxial cam rotor with a cam rotor will be described with reference to the drawings.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform mit einem einteiligen starren Sperrflügel 3 und einem Nockenrotor 4 mit drei Nockenerhebungen 43. Das Pumpengehäuse 1 besteht aus einem Gehäusebecher 1 a mit einer zylindrischenFigures 1 and 2 show an embodiment with a one-piece rigid locking wing 3 and a cam rotor 4 with three cam lobes 43. The pump housing 1 consists of a housing cup 1 a with a cylindrical
Außenwand und einem Gehäuseboden. Der Gehäusebecher l a wird durch einen Gehäusedeckel lb abschlössen. In dem Gehäusedeckel lb ist die Steuerungselektronik, wie z.B. die Ansteuervorrichtung 6 aufgenommen. Der Gehäusedeckel lb weist Kühlrippen zur Kühlung der S teuerungsei ektroni k auf. Zudem umfasst das Pumpengehäuse 1 einen innerhalb des Gehäusedeckels lb vorgelagerten runden Pumpendeckel 11 , der ein axiales Ende des Lagerzapfens 2 abschließt. Outer wall and a caseback. The housing cup l a is completed by a housing cover lb. In the housing cover 1b, the control electronics, e.g. the drive device 6 was added. The housing cover 1b has cooling fins for cooling the control electronics. In addition, the pump housing 1 comprises a lb in front of the housing cover round pump cover 11, which terminates an axial end of the journal 2.
Das Pumpengehäuse 1 weist einen hohlzylindrischen Innenraum als Pumpenkammer 10 auf. Im inneren Umfangsbereich der Pumpenkammer 10 ist ein Motorstator 5 angeordnet. Der Motorstator 5 weist Statorspulen 50 auf die von der Steuerungsei ektronik mit elektrischer Leistung versorgt und angesteuert werden. in der Mitte der hohlzylindrischen Pumpenkammer 10 ist ein zylindrischer Lagerzapfen 2 konzentrisch angeordnet, der sich zwischen dem Boden des Gehäusebechers la und dem Pumpendeckel 1 1 , d.h. über die gesamte axiale Länge der Pumpenkammer 10 erstreckt. Die Anordnung zwischen dem Gehäusebecher l a, dem Lagerzapfen 2 und dem Pumpendeckel 1 1 ist durch Verschraubungen mit Durchgangsbohrungen in axialer Richtung des Lagerzapfens 2 gesichert. The pump housing 1 has a hollow cylindrical interior as the pump chamber 10. In the inner peripheral region of the pump chamber 10, a motor stator 5 is arranged. The motor stator 5 has stator coils 50 which are supplied with electric power from the control electronics and controlled. in the middle of the hollow cylindrical pump chamber 10, a cylindrical bearing journal 2 is concentrically arranged, which extends between the bottom of the housing cup la and the pump cover 1 1, that is, over the entire axial length of the pump chamber 10. The arrangement between the housing cup la, the bearing pin 2 and the pump cover 1 1 is secured by screwing with through holes in the axial direction of the journal 2.
Diametral über den Durchmesser des Lagerzapfens 2 ist ein Führungsschlitz 23 zur Aufnahme eines Sperr lügels 3 ausgebildet, wobei dessen Tiefe im äußeren radialen Bereich die gesamte axiale Länge des Lagerzapfens 2 beträgt. In einem inneren radialen Bereich beträgt die Tiefe des Führungsschlitzes 23 in etwa die Hälfte der axialen Länge des Lagerzapfens 2. Zudem ist in einem mittleren Bereich des Führungsschlitzes 23 eine Kammer 22 in dem Lagerzapfen 2 ausgenommen. Zwischen der Kammer 22 und der Umfangsfläche 24 verlaufen zwei Verbindungsbohrungen 21 durch den Lagerzapfen 2. Die Verbindungsbohrungen 21 treten an der Umfangsfläche 24 in einem Bereich aus, der zu dem Führungsschlitz 23 benachbart ist bzw. in einer Drehrichtung des Nockenrotors 4 vor dem Führungsschlitz 23 liegt. Diametrically over the diameter of the journal 2, a guide slot 23 for receiving a locking tab 3 is formed, wherein the depth in the outer radial region is the entire axial length of the journal 2. In an inner radial region, the depth of the guide slot 23 is approximately half the axial length of the journal 2. In addition, in a central region of the guide slot 23, a chamber 22 in the journal 2 is excluded. Between the chamber 22 and the circumferential surface 24, two connecting bores 21 extend through the journal 2. The connecting bores 21 exit at the peripheral surface 24 in a region adjacent to the guide slot 23 or in front of the guiding slot 23 in a rotational direction of the cam rotor 4 ,
An seinen Enden weist der Sperrflügel 3 eine Breite auf, die der axialen Länge des Lagerzapfens 2 bzw. der hohlzylindrischen Pumpenkammer 10 entspricht. Der Sperrflügel 3 weist in einem mittleren Bereich in Längsrichtung eine Ausnehmung auf, die länger als die Erstreckung des mit halber Tiefe im inneren radialen Bereich des Lagerzapfens 2 verbleibenden Abschnitts des Führungsabschnitts 23 ist. Somit kann der Sperr flügel 3 in beiden Richtungen des Führungsschlitzes 23 über den Umfang des Lagerzapfens 2 hinaus verschoben werden. At its ends, the blocking wing 3 has a width which corresponds to the axial length of the bearing journal 2 or the hollow cylindrical pump chamber 10. The blocking wing 3 has, in a central region in the longitudinal direction, a recess which is longer than the extension of the half-depth in the inner radial region of the bearing journal 2 remaining portion of the guide portion 23. Thus, the locking wing 3 can be moved in both directions of the guide slot 23 over the circumference of the journal 2 addition.
Durch die Verbindungsbohrungen 21 tritt ein Teil des geförderten Mediums ein, beiüllt die Kammer 22 und bildet einen Film zwischen den Flanken des Führungsschlitzes 23 und den Flächen des Sperrflügels 3, wenn sich dieser bewegt. Falls das Medium eine schmierende Eigenschaft aufweist, wie z.B. ein Öl oder ein Kühlmittel mit Glycerin, verhilft der Film einer reibungsärmeren Gleitbewegung des Sperrflügels 3 in dem Führungsschlitz 23. innerhalb des Stators 5 ist der Nockenrotor 4 angeordnet, der sich um den Lagerzapfen 2 dreht. Die Breite des Rotors 4, d.h. seine Erstreckung in axialer Richtung entspricht der Breite der Enden des Sperrflügels 3, d.h. der axialen Länge des Lagerzapfens 2 bzw. der hohlzylindrischen Pumpenkammer 10. Der Außenumfang des Nockenrotors 4 weist radiale Einschnitte auf, sodass durch die dazwischen liegenden Abschnitte diskrete Umfangssegmente bzw. ausgeprägte Rotorzähne gebildet werden. Die Rotorzähne bilden die Rotorpole 45 des Rotors 4 für einen Reluktanzmotor, der gemeinsam mit dem Stator 5 gebildet wird und als elektrischer Antrieb der hochintegrierten Sperr flügelpumpe dient. Der Körper des Nockenrotors 4 ist gemeinsam mit den Rotorzähnen 45 als einteiliges pulvermetallurgisch gefertigtes Sinterteil mit hochpermeablen weichmagnetischen Eigenschaften ausgebildet, das aus einem Pulververbundwerkstoff aus der Gruppe der„Soft Magnetic Composites" (SMC) besteht. Through the connecting bores 21, a part of the conveyed medium enters, vaporizes the chamber 22 and forms a film between the flanks of the guide slot 23 and the surfaces of the blocking wing 3, when it moves. If the medium has a lubricating property, such as an oil or a coolant with glycerol, the film helps a frictionless sliding movement of the blocking wing 3 in the guide slot 23rd Within the stator 5, the cam rotor 4 is arranged, which rotates about the bearing pin 2. The width of the rotor 4, ie its extent in the axial direction corresponds to the width of the ends of the blocking wing 3, ie the axial length of the bearing pin 2 and the hollow cylindrical pump chamber 10. The outer periphery of the cam rotor 4 has radial cuts, so that through the intervening Sections discrete circumferential segments or pronounced rotor teeth are formed. The rotor teeth form the rotor poles 45 of the rotor 4 for a reluctance motor, which is formed together with the stator 5 and serves as an electric drive the highly integrated barrier wing pump. The body of the cam rotor 4 is formed together with the rotor teeth 45 as a one-piece powder metallurgy produced sintered part with high-permeability soft magnetic properties, which consists of a powder composite material from the group of "Soft Magnetic Composites" (SMC).
Der Nockenrotor 4 ist axial von den Wandflächen der zylindrischen Pumpenkammer 10 umgeben. Die eine Wandfläche der Pumpenkammer 10 wird durch den Boden des Gehäusebechers 1 a gebildet, die andere gegenüberliegende Wandfläche wird durch den Pumpendeckel 11 gebildet. Der Abstand der Wandflächen, d.h. die axiale Erstreckung der hohlzylindrischen Pumpenkammer 10, ist durch die Länge des Lagerzapfens 2 definiert und entspricht im Wesentlichen der axialen Erstreckung des Nockenrotors 4. The cam rotor 4 is axially surrounded by the wall surfaces of the cylindrical pump chamber 10. The one wall surface of the pump chamber 10 is formed by the bottom of the housing cup 1 a, the other opposing wall surface is formed by the pump cover 11. The distance of the wall surfaces, i. The axial extent of the hollow cylindrical pump chamber 10 is defined by the length of the journal 2 and corresponds substantially to the axial extent of the cam rotor 4.
Der Nockenrotor 4 weist ein radial innenliegendes Nockenprofil 41 auf. Das Nockenprofil 41 ist in drei Kreisbogensegmente 42, die sich radial weiter nach innen erstrecken, und drei Nockenerhebungen 43, die sich bogenförmig weiter radial nach außen erstrecken, aufgeteilt. Durch die ungerade Anzahl der alternierenden Kreisbogensegmente 42 und Nockenerhebungen 43 sowie einer komplementären Ausformung von gegenüberliegenden Ubergangsverläufen, weist das Nockenprofil 41 über den gesamten Rotorumfang stets denselben diametralen Abstand zwischen den Konturflächen des Nockenprofils 41 auf. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist der Nockenrotor 4 an den Stirnflächen Ausnehm ungen 44 auf, die von linienförmigen Flächen 46 umgeben sind, die sich entlang des Um längs innerhalb der Statorzähne 45 und entlang des Nockenprofils 41 erstrecken. Somit wird die Reibfläche gegenüber den Wänden der Pumpenkammer 10 verringert. Zudem können sich die Ausnehmungen 44 mit dem geforderten Medium füllen. Falls das Medium eine schmierende Eigenschaft aufweist, dienen diese Ausnehmungen 44 als Schmierstofftaschen, die eine Verlustreibung des Nockenrotors 4 weiter reduzieren. The cam rotor 4 has a radially inner cam profile 41. The cam profile 41 is divided into three circular arc segments 42, which extend radially further inward, and three cam lobes 43, which extend arcuately further radially outward. Due to the odd number of alternating circular arc segments 42 and cam lobes 43 and a complementary shape of opposite transition curves, the cam profile 41 over the entire rotor circumference always the same diametrical distance between the contour surfaces of the cam profile 41. In the embodiment shown in Fig. 1, the cam rotor 4 on the end faces Ausnehm ments 44 which are surrounded by linear surfaces 46 which extend along the order along longitudinally within the stator teeth 45 and along the cam profile 41. Thus, the friction surface is reduced relative to the walls of the pump chamber 10. In addition, the recesses 44 can fill with the required medium. If the medium has a lubricating property, these recesses 44 serve as lubricant pockets, which further reduce a loss friction of the cam rotor 4.
Die Kontur der Kreisbogensegmente 42 ist an die Umfangsfläche 24 des Lagerzapfens 2 angepasst, sodass die drei Kreisbogensegmente 42 gemeinsam einen Gleitlagersitz des Nockenrotors 4 auf dem Lagerzapfen 2 bilden. Ein charakteri sti sches Merkmal dieses Sperrflügelpumpentyps besteht somit darin, dass das Nockenprofi l 41 zugleich die Lagerung des Nockenrotors 4 übernimmt, sodass diese Bauform auf eine Pumpen- bzw. Rotorwelle im herkömmlichen Sinne verzichtet. Die flache Bauhöhe wird somit unteranderem durch den Wegfall einer herkömmlichen Wellenlagerung in axialer Erstreckung des Rotors erzielt. The contour of the circular arc segments 42 is adapted to the peripheral surface 24 of the bearing journal 2, so that the three circular arc segments 42 together form a sliding bearing seat of the cam rotor 4 on the bearing journal 2. A characteri sti cal feature of this Sperrflügelpumpentyps thus consists in that the Nockenprofi l 41 at the same time assumes the storage of the cam rotor 4, so that this design dispenses with a pump or rotor shaft in the conventional sense. The flat height is thus achieved, inter alia, by the elimination of a conventional shaft bearing in the axial extent of the rotor.
Die Nockenerhebungen 43 erheben sich bogenförmig von der Umfangsfläche 24 des Lagerzapfens 2 radial nach außen und bilden somit im Rotorkörper radiale Hohlräume zur Umfangsfläche 24 des Lagerzapfens 2. Da der Nockenrotor 4 stirnseitig von den Wandflächen der Pumpenkammer 10 eingegrenzt ist, bilden die radialen Hohlräume der Nockenerhebungen 43 in dem Rotorkörper räumlich abgeschlossene Nockenkammern 40. Ähnlich wie die Flügelzellen einer Flügelzellenpumpe drehen sich die Nockenkammern 40 mit einer Drehbewegung des Rotors 4. Im Gegensatz zur Flügelzellenpumpen, die einen exzentrischen Aufbau zur mit drehenden Flügeln aufweist, verschiebt sich der Sperrflügel 3 des vorliegenden Aufbaus lediglich in Längsrichtung und der Lagerzapfen 2, der Nockenrotor 4 und die hohlzylindrische Pumpenkammer 10 sind koaxial zueinander angeordnet. Since the cam rotor 4 is bounded on the face side by the wall surfaces of the pump chamber 10, the radial cavities of the cam lobes form Similarly as the vane pump vane, the cam chambers 40 rotate with a rotary motion of the rotor 4. In contrast to the vane pump having an eccentric structure with rotating wings, the ratchet wing 3 of the present structure shifts only in the longitudinal direction and the bearing pin 2, the cam rotor 4 and the hollow cylindrical pump chamber 10 are arranged coaxially with each other.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Sperrflügel 3 in dem Führungsschlitz 23 diametral zwischen den Flächen des Nockenprofils 41 eingesetzt. Während einer Drehbewegung des Nockenrotors 4 umkreisen die Nockenkammern 40 den Lagerzapfen 2, wobei der Sperrflügel 3 mit abgerundeten Kontaktflächen an den Enden in Gleitkontakt zu dem Nockenprofil 41 steht. Während der Drehbewegung des Nockenrotors 4 passieren die drei Nockenkammern 40 abwechselnd die beiden Enden des Sperrflügels. As shown in Fig. 2, the locking wing 3 is inserted in the guide slot 23 diametrically between the surfaces of the cam profile 41. During one Rotational movement of the cam rotor 4 orbiting around the cam chambers 40, the bearing pin 2, wherein the locking wing 3 is in sliding contact with the cam profile 41 with rounded contact surfaces at the ends. During the rotational movement of the cam rotor 4, the three cam chambers 40 pass alternately the two ends of the blocking wing.
An jedem Übergangs verl auf von einer Nockenerhebung 43 einer Nockenkammer 40 auf ein darauffolgendes Krei sbogensegment 42 wird das betreffende Ende des Sperrflügels 3 von dem Nockenprofil 41 bis zur Umfangsfläche 24 des Lagerzapfens 2 in den Führungsschlitz 23 zurückgeschoben, sodass das Kreisbogensegment 24 in der Funktion als Gleitlagersitz des Nockenrotors 4 auf der Umfangsfläche 24 über den Führungsschlitz 23 hinweggleiten kann. Zeitgleich erfolgt diametral ein Übergangsverlauf von einem Kreisbogensegment 42 auf eine Nockenerhebung 43 einer Nockenkammer 40, wobei das andere Ende des Sperrflügels 3 durch dieselbe zuvor genannte Verschiebung in dem Führungsschlitz 23 aus der Umfangsfläche 24 des Lagerzapfens 2 heraustritt und der Nockenerhebung 43 folgt. Somit ergibt sich im Zusammenspiel der zeitgleichen Übergansverläufe eine an beiden Enden des Sperr flügels 3 entlang der Kontur des Nockenprofils 41 geführte oszillierende Verschiebungsbewegung des Sperrflügels 3. Wenn der Sperrflügel 3 in eine Nockenkammer 40 gleitet, wird diese in einen davorliegenden und einen dahinterliegenden Teil abgetrennt. Das Volumen des dahinterliegende Teils der Nockenkammer 40 nimmt mit fortlaufender Drehbewegung zu, wodurch ein Unterdrück erzeugt wird. In der stirnseitigen Wand der Pumpenkammer 10, die durch den Boden des Gehäusebechers 1 a gebildet wird, ist innerhalb eines radialen Bereichs der Nockenerhebung 43, in Drehrichtung hinter dem Sperrflügel 3 ein Einlass 12 ausgebildet. Das zu fördernde Medium, das außerhalb des Pumpengehäuses 1 zugeführt wird, strömt bedingt durch den zeitweise erzeugten Unterdruck über den stirnseitigen Einlass 12 in den zunehmenden Teil der Nockenkammern 40 hinter dem Sperrflügel 3 und füllt diese schließlich auf. At each transition verl on from a cam lobe 43 of a cam chamber 40 on a subsequent Krei arc segment 42, the respective end of the blocking wing 3 is pushed back from the cam profile 41 to the peripheral surface 24 of the journal 2 in the guide slot 23, so that the circular arc segment 24 in the function as Sliding bearing seat of the cam rotor 4 on the peripheral surface 24 can slide over the guide slot 23. At the same time there is a diametrically a transition from a circular arc segment 42 to a cam lobe 43 of a cam chamber 40, wherein the other end of the blocking wing 3 by the same previously mentioned displacement in the guide slot 23 emerges from the peripheral surface 24 of the journal 2 and the cam lobe 43 follows. Thus results in the interaction of the simultaneous transitional progress at both ends of the locking wing 3 along the contour of the cam profile 41 guided oscillating displacement movement of the blocking wing 3. When the blocking wing 3 slides in a cam chamber 40, it is separated into a preceding and a behind it. The volume of the underlying portion of the cam chamber 40 increases with continued rotational movement, whereby a negative pressure is generated. In the frontal wall of the pump chamber 10, which is formed by the bottom of the housing cup 1 a, 12 is formed within a radial region of the cam lobe, in the direction of rotation behind the blocking wing 3 an inlet. The medium to be pumped, which is supplied outside of the pump housing 1 flows due to the temporarily generated negative pressure on the frontal inlet 12 in the increasing part of the cam chambers 40 behind the blocking wing 3 and finally fills it up.
Während die Nockenkammer 40 von dem Sperrflügel 3 entlang der Kontur der Nockenerhebung 43 ausgestrichen wird, nimmt das Volumen des davorliegenden Teils ab, wodurch ein Überdruck erzeugt wird. Innerhalb des radialen Bereichs der Nockenerhebung 43 ist in Drehrichtung vor dem Sperrflügel 3 ein Auslass 13 in der stirnseitigen Wand der Pumpenkammer 10 ausgebildet. Die Füllung des Mediums in der Nockenkammer 40 wird in dem vorgelagerten Teil von dem Sperrflügel verdrängt und unter Druck durch den Auslass 13 befördert. While the cam chamber 40 is struck from the blocking wing 3 along the contour of the cam lobe 43, the volume of the part lying in front decreases , which creates an overpressure. Within the radial area of the cam lobe 43, an outlet 13 is formed in the frontal wall of the pump chamber 10 in the direction of rotation in front of the blocking wing 3. The filling of the medium in the cam chamber 40 is displaced in the upstream part of the barrier wing and conveyed under pressure through the outlet 13.
Am gegenüberliegenden Ende des Sperrflügels 3 ist eine spiegelbildliche bzw. punktsymmetrische Anordnung des Einlasses 12 und des Auslasses 13 ausgebildet. In dem Aufbau der dargestellten Ausführungsform mit drei Nockenkammern 40 und einem Sperrflügel 3 ergeben sich somit 6 zeitgleiche Ansaug- und Ausstoßzyklen pro Rotorumdrehung. Aufgrund der alternierend ineinander verlaufenden Zyklen tritt hierbei, über einen gesamten Pumpenausgang betrachtet, eine äußerst geringe Pulsation des Ausgangsdrucks auf. At the opposite end of the barrier wing 3, a mirror-image or point-symmetrical arrangement of the inlet 12 and the outlet 13 is formed. In the structure of the illustrated embodiment with three cam chambers 40 and a blocking wing 3 thus results in 6 simultaneous intake and discharge cycles per rotor revolution. Due to the alternatingly running cycles occurs here, viewed over an entire pump output, an extremely low pulsation of the output pressure.
Die Nockenkammern 40 sind durch Spaltdichtungen abgedichtet. Eine Spaltdichtung am Gleitlagersitz zwischen den Nockenkammern 40 ist über den radialen Abstand zwischen dem Kreisbogensegmenten 42 und der Umfangsfläche 24 eingestellt. Eine weitere Spaltdichtung zwischen den linienförmigen Flächen 46 an den Stirnseiten des Nockenrotors 4 und den gegenüberliegenden Wandoberti ächen der Pumpenkammer 10 ist über die axiale Länge des Lagerzapfens 2 eingestellt. Eine weitere Spaltdichtung zwischen den Kontaktflächen des Sperrflügels 3 und der Kontur des Nockenprofils 4 ist über die Länge des Sperrflügels 3 eingestellt. The cam chambers 40 are sealed by gap seals. A gap seal on the sliding bearing seat between the cam chambers 40 is set over the radial distance between the circular arc segments 42 and the circumferential surface 24. Another gap seal between the line-shaped surfaces 46 on the end faces of the cam rotor 4 and the opposite Wandoberti surfaces of the pump chamber 10 is set over the axial length of the journal 2. Another gap seal between the contact surfaces of the blocking wing 3 and the contour of the cam profile 4 is set over the length of the blocking wing 3.
Die Spaltdichtungen bieten durch Auswahl eines präzise eingestellten Spaltmaßes einen ausreichenden Durchdringungswiderstand gegenüber dem zu fördernden Medium. Das Spaltmaß ist in Abhängigkeit des vorgesehenen Anwendungsgebiets ausgewählt und kann 50 μχη oder bevorzugt 40 μηι, und insbesondere in der beschriebenen Ausführungsform 30 μιη oder weniger betragen. Bei einem Pumpendruck von etwa 2 bis 5 bar, wie er z.B. für Schmierölpumpen oder Kühlmittelpumpen gefordert ist, ist ein Spaltmaß nicht mehr als 30 μηι zweckmäßig. Für Getriebepumpen mit einem Arbeitsdruck von etwa 20 bar beträgt das Spaltmaß zwischen 10 μηι und 20 μιη, und für hydraulische Anwendungen, wie einer Servopumpe zur Lenkunterstützung mit einem Druckbereich von 100 bis 150 bar beträgt das Spaltmaß in etwa 10 μιη. The gap seals offer by selecting a precisely set gap a sufficient penetration resistance against the medium to be pumped. The gap size is selected as a function of the intended field of application and can be 50 μm or preferably 40 μm, and in particular in the described embodiment, 30 μm or less. At a pump pressure of about 2 to 5 bar, as required for example for lubricating oil pumps or coolant pumps, a gap is not more than 30 μηι appropriate. For gear pumps with a working pressure of about 20 bar, the gap between 10 μηι and 20 μιη, and for Hydraulic applications, such as a power steering pump with a pressure range of 100 to 150 bar, the gap in about 10 μιη.
Das Spaltmaß hängt ferner von der Strecke des Dichtungsspalts, wie z.B. der Länge des Kreisbogensegments 42 ab. Insofern kann das Spaltmaß am Gleitlagersitz in Anbetracht einer ausreichenden Strecke des Dichtungsspalts auf einen abweichenden, bezüglich einer Schmierfilmbildung optimierten, Wert ausgelegt sein. The gap dimension also depends on the distance of the sealing gap, such as e.g. the length of the circular arc segment 42. In this respect, given a sufficient distance of the sealing gap, the gap dimension on the slide bearing seat can be designed for a different value optimized with respect to a lubricating film formation.
Das Nockenprofil 41 weist keine tangentialen Übergänge sondern einen Kurvenverlauf mit Splines auf. Die Rundung der Kontaktflächen des Sperrflügels 3 ist auf diesen Kurvenverlauf abgestimmt, sodass eine hertzsche Pressung zwischen diesen verringert ist. The cam profile 41 has no tangential transitions but a curve with splines. The rounding of the contact surfaces of the blocking wing 3 is tuned to this curve, so that a hertzian pressure between them is reduced.
Die Figuren 3, 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der hochintegrierten Sperrflügelpumpe mit einem zweigeteilten Sperr flügel 3a, 3b auf. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, weisen die hohlzylindrische Pumpenkammer 10 und der Lagerzapfen 2 in axialer Erstreckung dieselbe Länge auf. Ebenso weist der Rotor 4 in axialer Erstreckung im Wesentlichen, d.h. bis auf das beidseitige Spaltmaß der Spaltabdichtungen, dasselbe Maß auf. Somit grenzen die Stirnwände der hohlzylindrischen Pumpenkammer 10 die rotierenden Nockenkammern 40 in den Nockenkurven 43 beidseitig des Rotors 4 ein. Figures 3, 4 and 5 show a second embodiment of the highly integrated Sperrflügelpumpe with a two-part locking wing 3a, 3b. As can be seen in Fig. 3, the hollow cylindrical pump chamber 10 and the bearing pin 2 in the axial extent of the same length. Likewise, the rotor 4 in axial extent substantially, i. except for the two-sided gap of the gap seals, the same degree. Thus, the end walls of the hollow cylindrical pump chamber 10 adjoin the rotating cam chambers 40 in the cam curves 43 on both sides of the rotor 4.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind die beiden Teile des Sperrflügels 3a, 3b im Wesentlichen mittig zur Gesamtlänge unterteilt. In der Unterteilung des zweigeteilten Sperrflügels 3a, 3b ist ein Spaltmaß ausgenommen, sodass ein Druckspalt 25 zwischen den beiden Teilen des Sperrflügels 3a, 3b gebildet wird. Das geförderte Medium, das zum Teil durch die beiden Verbindungsbohrungen 21 die Kammer 22 befüllt, wird wechselseitig unter Druck gesetzt, und bildet eine alternierende Strömung, die den Druckspalt 25 zyklisch durchdringt. Die durchdringende Strömung wirkt dabei als eine auseinandertreibende Kraft auf die innenliegenden Enden des zweigeteilten Sperrflügels 3a, 3b. Infolgedessen wird in der Kammer 22 ein hydrostatischer Anpressdruck auf die Teile des Sperrflügels 3a, 3b erzeugt, der eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Sperrflügel 3a, 3b und dem Nockenprofil 41 ermöglicht. In Fig. 6 ist eine dritte Ausführungsforrn der hochintegrierten Sperrflügelpumpe mit einem elastischen Sperrflügel 3 dargestellt. Hierbei ist ein mittlerer Abschnitt des Sperrflügels 3 durch eine Druck feder 30 ersetzt. Die Druckfeder 30 dient dazu, ebenso wie in der zweiten Ausführungsform, einen Anpressdruck des Sperr flügels 3 zu erhöhen und somit eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Sperrflügel 3 und dem Nockenprofil 41 zu ermöglichen. Die Druck feder 30 verrichtet im Wesentlichen keine Hubarbeit und stellt somit einen statischen Anpressdruck bereit. Allerdings können bei dieser Ausführungsform mit elastischem Sperrflügel 3 zudem auch Maßtoleranzen des Nockenprofils 41 durch die Druckfeder 30 ausgeglichen werden. As shown in Fig. 5, the two parts of the blocking wing 3a, 3b are divided substantially in the middle of the overall length. In the subdivision of the two-part blocking wing 3a, 3b, a gap is excluded, so that a pressure gap 25 between the two parts of the blocking wing 3a, 3b is formed. The conveyed medium, which in part fills the chamber 22 through the two communication bores 21, is mutually pressurized, and forms an alternating flow which cyclically penetrates the pressure nip 25. The penetrating flow acts as a disengaging force on the inner ends of the two-part blocking wing 3a, 3b. As a result, a hydrostatic contact pressure is generated in the chamber 22 on the parts of the blocking wing 3a, 3b, which allows an improved seal between the locking wing 3a, 3b and the cam profile 41. FIG. 6 shows a third embodiment of the highly integrated blocking-wing pump with a resilient blocking wing 3. Here, a central portion of the blocking wing 3 is replaced by a pressure spring 30. The compression spring 30 serves, as in the second embodiment, to increase a contact pressure of the locking wing 3 and thus to allow an improved seal between the locking wing 3 and the cam profile 41. The pressure spring 30 performs essentially no lifting and thus provides a static contact pressure. However, dimensional tolerances of the cam profile 41 can also be compensated by the compression spring 30 in this embodiment with elastic locking wing 3.
In den Figuren 7 und 8 ist eine Modifikation der zweiten Ausführungsform schematisch dargestellt. Bei dieser Modifikation steht die Kammer 22, in dem sich der Druckspalt 25 zwischen den beiden Teilen des zweigeteilten Sperrflügels 3a, 3b befindet, durch eine Verbindungsbohrung mit zwei Auslässen 13a, 13b in Verbindung. In FIGS. 7 and 8, a modification of the second embodiment is shown schematically. In this modification, the chamber 22, in which the pressure gap 25 is located between the two parts of the two-part blocking wing 3a, 3b, communicates through a connecting bore with two outlets 13a, 13b.
Zwischen den beiden Auslässen 13a, 13b verläuft ein Kanal 13c, mit dem die Verbindungsbohrung 21 der Kammer 22 verbunden ist. Ein Teil des flüssigen Mediums, das beim Verdrängungsvorgang aus den Nockenkammem 40 durch die Auslässe 13a, 13b ausgestoßen wird, gelangt durch den Kanal 13c und die Verbindungsbohrung 21 in die Kammer 22 zum Sperrflügel 3. Wie in der zweiten Ausführungsform, bei der zwei versetzt gegenüberliegende Verbindungsbohrungen 21 ausgebildet sind, durchdringt das geförderte Medium unter dem Förderdruck den Druckspalt 25 und bewirkt dabei eine auseinandertreibende Kraft auf die innenliegenden Enden der beiden Teile des Sperrflügels 3a, 3b. Dadurch wird, ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform, eine verbesserte Abdichtung zwischen den beiden Teilen mit abnehmendem und zunehmendem Volumen der Nockenkammer 40 beiderseits des Sperrflügels 3 erzielt. Between the two outlets 13a, 13b extends a channel 13c, with which the connecting bore 21 of the chamber 22 is connected. A portion of the liquid medium expelled from the cam crests 40 through the outlets 13a, 13b during the displacement process passes through the channel 13c and the communication bore 21 into the chamber 22 to the blocking blade 3. As in the second embodiment, two are offset from one another Connecting bores 21 are formed, penetrates the conveyed medium under the discharge pressure the pressure nip 25 and thereby causes a disperse force on the inner ends of the two parts of the blocking wing 3a, 3b. Thereby, as in the second embodiment, an improved seal between the two parts with decreasing and increasing volume of the cam chamber 40 is achieved on both sides of the blocking wing 3.
Die funktionalen Pumpenbauteile, wie insbesondere der Nockenrotor 4 und der Lagerzapfen 2 sind als Sinterteile pul vermetal 1 urgi sch gefertigt. Die Sinterteile werden anschließend gehärtet und gefräst. Der Führungsspalt 23 des Lagerzapfens 2 sowie die Maße und Flächen, an denen die Spaltdichtungen vorgesehen sind, d.h. insbesondere das axiale Längenmaß und der Durchmesser des Lagerzapfens 2, die linienförmigen Flächen 46 und die Kontur des Nockenprofils, werden anschließend auf Maß geschliffen. Dieses Herstellungsverfahren ermöglicht eine maßhaltige Fertigung und stellt eine geeignete Ausgangsbasis zur Umsetzung von präzise eingestellten Spaltdichtungen dar. Ferner weisen die gehärteten Sinterteile eine hohe Verschl ei ßfestigkeit und, bei entsprechender Oberflächenpolitur, eine geringe Verlustreibung an den Kontaktflächen auf. The functional pump components, in particular the cam rotor 4 and the bearing journal 2 are manufactured as sintered parts powdered ver 1 uri sch. The sintered parts are then hardened and milled. The guide gap 23 of the journal 2 and the dimensions and areas on which the gap seals are provided, ie in particular the Axial Längenmaß and the diameter of the journal 2, the linear surfaces 46 and the contour of the cam profile are then ground to size. This manufacturing method allows a dimensionally stable production and represents a suitable starting point for the implementation of precisely adjusted gap seals. Furthermore, the hardened sintered parts have a high seal strength and, with a corresponding surface polish, a low loss friction at the contact surfaces.
Da an den Spaltdichtungen eine geringe Leckage auftritt, weisen die dargestellten Ausführungsformen den Aufbau eines Nassläufers auf. Durch einen Spalttopf zwischen dem Nockenrotor 4 und dem Stator 5, der den Stator 5 zum radial äußeren Bereich des Pumpengehäuses 1 einschließt, kann der Aufbau der dargestellten Ausführungsformen jedoch ebenso als Trockenläufer realisiert werden. Since a slight leakage occurs at the gap seals, the illustrated embodiments have the structure of a wet rotor. By a split pot between the cam rotor 4 and the stator 5, which includes the stator 5 to the radially outer region of the pump housing 1, however, the structure of the illustrated embodiments can also be realized as a dry runner.
In einer alternativen Variante kann der Nockenrotor 4 aus einem weichmagnetischen gestapelten Blechpaket gebildet werden. In an alternative variant, the cam rotor 4 may be formed from a soft magnetic stacked laminated core.
Ferner können je nach Anwendungsgebiet und Eigenschaften des zu fördernden Mediums (z.B. korrosive Medien) einzelne Bauteile auch aus keramischen Werkstoffen gefertigt sein. Further, depending on the field of application and characteristics of the medium to be conveyed (e.g., corrosive media), individual components may also be made of ceramic materials.
Die stirnseitigen Einlässe 12 und Auslässe 13 können anstatt in dem Boden des Gehäusebechers l a ebenso im Pumpendeckel lb ausgebildet sein. Ebenso können die Einlässe 12 im Boden des Gehäusebechers la und die Auslässe 13 im Pumpendeckel lb, d.h. in gegenüberliegenden Wänden der Pumpenkammer 10, und anders herum angeordnet sein. Somit kann eine axial durchströmte Pumpe realisiert werden. The frontal inlets 12 and outlets 13 may also be formed in the pump cover 1b instead of in the bottom of the housing cup 1a. Similarly, the inlets 12 in the bottom of the housing la and the outlets 13 in the pump cover lb, i. in opposite walls of the pump chamber 10, and vice versa. Thus, an axially flowed through pump can be realized.
Außerdem ist die Bauform nicht auf einen Führungsschlitz 23 begrenzt, sondern kann zwei oder drei Führungsschlitze 23 mit jeweils zweigeteiltem Sperrflügel 3 aufweisen. Ebenso kann der Nockenrotor 4 fünf oder sieben Nockenkammern 40 bilden. Darüber hinaus kann der Nockenrotor 4 eine gerade Anzahl an Nockenkammern 40 aufweisen, wenn sich die Sperrflügel 3 nicht diametral erstrecken, sondern kürzer ausgebildet und federnd gelagert sind. In addition, the design is not limited to a guide slot 23, but may have two or three guide slots 23, each with two-part blocking wing 3. Likewise, the cam rotor 4 may form five or seven cam chambers 40. In addition, the cam rotor 4 may have an even number of cam chambers 40, if the blocking vanes 3 do not extend diametrically, but shorter and are resiliently mounted.

Claims

Ansprüche  claims
Elektrisch angetriebene Flüssigkeits-Verdrängerpumpe zum Fördern eines flüssigen Mediums, aufweisend: ein Pumpengehäuse (1, 1 1) mit einer hohlzylindrischen Pumpenkammer (10) und wenigstens einem Einlass (12) und wenigstens einem Auslass (13), die jeweils an einer Stirnseite der hohlzylindrischen Pumpenkammer (10) ausgebildet sind; einen zylindrischen Lagerzapfen (2), der sich konzentrisch zur Mittelachse der hohlzylindrischen Pumpenkammer (10) über deren axiale Länge erstreckt, und wenigstens einen entlang zumindest eines Teils des Durchmessers des Lagerzapfens (2) verlaufenden Führungsschlitz (23) aufweist, in dem wenigstens ein Sperrflügel (3) in dessen Längsrichtung verschieblich aufgenommen ist; einen Rotor (4), der konzentrisch zur Mittelachse der hohlzylindrischen Pumpenkammer (10) angeordnet ist und sich über deren axiale Länge erstreckt, mit einem innenliegenden Nockenprofil (41), wobei das Nockenprofil (41) radial nach innen gerichtete Kreisbogensegmente (42) aufweist, durch die der Rotor (4) auf einer Umfangsfläche (24) des zylindrischen Lagerzapfens (2) um diesen herum drehbar gelagert ist, und radial nach außen gerichtete Nockenkurven (43) aufweist, die sich von der Umfangsfläche (24) erheben und Nockenkammern (40) zwischen den Stirnflächen der hohlzylindrischen Pumpenkammer (10) bilden; einen konzentrisch in der hohlzylindrischen Pumpenkammer (10) angeordneten Stator (5) mit Statorspulen (50), der den Rotor (4) umgibt; wobei ein Ende des wenigstens einen Sperr flügels (3) über die axiale Länge der Pumpenkammer (10) mit dem Nockenprofil (41 ) in Kontakt steht und das Volumen einer passierenden Nockenkammer (40) während einer Drehbewegung des Rotors (4) in einen abnehmenden Teil und einen zunehmenden Teil abtrennt, wodurch das flüssige Medium durch wenigstens einen Einlass (12) und wenigstens einen Auslass (13) beidseitig des einen Endes des einen Sperrflügels (3) gefördert wird; dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) aus einem weichmagnetischen Material einteilig ausgebildet ist, und an seinem Außenumfang durch Radialspalte unterteilte U m fangssegmente als Rotorpole (45) aufweist, wobei der Rotor (4) und der Stator (5) einen Reluktanzmotor bilden. An electrically driven liquid displacement pump for conveying a liquid medium, comprising: a pump housing (1,1,1) having a hollow cylindrical pump chamber (10) and at least one inlet (12) and at least one outlet (13), each at an end face of the hollow cylindrical Pump chamber (10) are formed; a cylindrical bearing journal (2) extending concentrically to the central axis of the hollow cylindrical pump chamber (10) over its axial length, and at least one along at least a portion of the diameter of the journal (2) extending guide slot (23), in which at least one barrier wing (3) is slidably received in the longitudinal direction; a rotor (4) concentric with the central axis of the hollow cylindrical pump chamber (10) and extending along the axial length thereof with an inner cam profile (41), the cam profile (41) having radially inwardly directed arcuate segments (42), by which the rotor (4) is rotatably mounted thereabout on a peripheral surface (24) of the cylindrical journal (2) and has radially outwardly directed cam curves (43) rising from the peripheral surface (24) and cam chambers (40 ) between the end faces of the hollow cylindrical pump chamber (10) form; a stator (5) arranged concentrically in the hollow-cylindrical pump chamber (10) with stator coils (50) surrounding the rotor (4); wherein one end of the at least one barrier wing (3) over the axial length of the pump chamber (10) with the cam profile (41) is in contact and the volume of a passing cam chamber (40) during a rotational movement of the rotor (4) in a decreasing part and an increasing part separates, causing the liquid medium is conveyed through at least one inlet (12) and at least one outlet (13) on either side of the one end of the one blocking wing (3); characterized in that the rotor (4) of a soft magnetic material is integrally formed, and at its outer periphery by radial gaps subdivided U m fangssegmente as rotor poles (45), wherein the rotor (4) and the stator (5) form a reluctance motor.
2. Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 , wobei der Lagerzapfen (2) scheibenförmig ausgebildet ist, wobei die axiale Länge des Lagerzapfens (2) die Hälfte oder weniger, vorzugsweise ein Drittel des Durchmessers des Lagerzapfens (2) beträgt. 2. Electrically driven liquid displacement pump according to claim 1, wherein the bearing pin (2) is disc-shaped, wherein the axial length of the bearing pin (2) is half or less, preferably one third of the diameter of the bearing journal (2).
3. Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen der Umfangsfläche (24) des Lagerzapfens (2) und den darauf drehbar gelagerten Kreisbogensegmenten (42) des Nockenprofils (41 ) eine Spaltdichtung ausgebildet ist. 3. Electrically driven liquid displacement pump according to claim 1 or 2, wherein between the peripheral surface (24) of the journal (2) and the rotatably mounted circular arc segments (42) of the cam profile (41) is formed a gap seal.
4. Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen stirnseitigen Flächen (46) des Rotors (4) und axial gegenüberliegenden Oberflächen der Pumpenkammer (10) beidseitig des Rotors (4) eine Spaltdichtung ausgebildet ist. 4. Electrically driven liquid displacement pump according to one of claims 1 to 3, wherein between the end faces (46) of the rotor (4) and axially opposite surfaces of the pump chamber (10) on both sides of the rotor (4) a gap seal is formed.
5. Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach Anspruch 4, wobei an den Stirnseiten des Rotors (4) Ausnehmungen (44) ausgebildet sind, die von der Spaltdichtung zwischen den stimseitigen Flächen (46) des Rotors (4) und der axial gegenüberliegenden Oberfläche der Pumpenkammer (10) umgeben sind. 5. Electrically driven liquid displacement pump according to claim 4, wherein on the end faces of the rotor (4) recesses (44) are formed by the gap seal between the end faces (46) of the rotor (4) and the axially opposite surface of the pump chamber (10) are surrounded.
6. Elektrisch angetriebene Flüssigkeits-Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen einem Ende des wenigstens einen Sperrflügels (3) und der fortlaufenden Kontur des Nockenprofils (41) eine Spaltdichtung ausgebildet ist. 6. Electrically driven liquid displacement pump according to one of claims 1 to 5, wherein between one end of the at least one blocking vane (3) and the continuous contour of the cam profile (41) is formed a gap seal.
7, Elektrisch angetriebene Flüssigkeits-Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 7, Electrically driven liquid positive displacement pump according to one of the claims
3 bis 6, wobei ein Spaltmaß einer Spaltdichtung weniger als 50 μηι, vorzugsweise weniger als 40 μηι, und besonders bevorzugt weniger als 30 μιη, bei einem Förderdruck von mehr als 10 bar vorzugsweise weniger als 20 μιη, und bei einem Förderdruck von mehr als 100 bar vorzugsweise höchstens 10 μιη, beträgt.  3 to 6, wherein a gap of a gap seal less than 50 μηι, preferably less than 40 μηι, and more preferably less than 30 μιη, at a delivery pressure of more than 10 bar, preferably less than 20 μιη, and at a delivery pressure of more than 100 bar preferably at most 10 μιη, is.
8. Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Lagerzapfen (2) aus einem gehärteten Sinterteil gebildet ist. 8. Electrically driven liquid displacement pump according to one of claims 1 to 7, wherein the bearing pin (2) is formed of a hardened sintered part.
Elektrisch angetriebene Flüssigkeits-Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Rotor (4) aus einem homogenen wei chmagneti sehen gehärteten Sinterteil gebildet ist. Electrically driven liquid positive displacement pump according to one of claims 1 to 8, wherein the rotor (4) is formed of a homogeneous wei chmagneti see hardened sintered part.
Elektrisch angetriebene Flüssigkeits-Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der wenigstens eine Führungsschlitz (23) eine Kammer (22) mit zwei gegenüberliegend versetzten Verbindungen (21 ) zur Pumpenkammer (10) aufweist, die jeweils in einem Bereich eines Auslasses (13) aus der Umfangsfläche (24) des Lagerzapfens (2) austreten. An electrically driven fluid displacement pump according to any one of claims 1 to 9, wherein the at least one guide slot (23) has a chamber (22) with two oppositely offset connections (21) to the pumping chamber (10), each in a region of an outlet (13 ) emerge from the peripheral surface (24) of the bearing journal (2).
Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der wenigstens eine Führungsschlitz (23) eine Kammer (22) mit einer Verbindung (21) zu wenigstens einem Auslass (13) aufweist. Electrically driven fluid displacement pump according to one of claims 1 to 9, wherein the at least one guide slot (23) has a chamber (22) with a connection (21) to at least one outlet (13).
12. Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach Anspruch 10 oder 1 1 , aufweisend einen zweiteiligen Sperrflügel (3a, 3b), der über einen Spalt (25) getrennt ist, wobei ein Teil des geforderten flüssigen Mediums durch die12. Electrically driven liquid displacement pump according to claim 10 or 1 1, comprising a two-part blocking wing (3a, 3b) which is separated by a gap (25), wherein a part of the required liquid medium through the
Verbindung (21 ) in die Kammer (22) strömt und unter dem Förderdruck den Spalt (25) durchdringt, wodurch die Teile des zweiteiligen Sperrflügels (3a, 3b) radial nach außen gedrängt werden. Connection (21) into the chamber (22) flows and under the delivery pressure the gap (25) penetrates, whereby the parts of the two-part blocking wing (3a, 3b) are urged radially outward.
Elektrisch angetriebene Fl üssigkeits- Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend einen Spalttopf, der konzentrisch zwischen dem Rotor (4) und dem Stator (5) angeordnet ist. An electrically driven liquid positive displacement pump according to any one of claims 1 to 12, comprising a split pot disposed concentrically between the rotor (4) and the stator (5).
Elektrisch angetriebene Fl üssigkeits- Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der wenigstens eine Einlass (12) und der wenigstens eine Auslass (13) an derselben Stirnseite der hohlzylindrischen Pumpenkammer 10 aus dem Pumpengehäuse (1, 1 1) austreten. Electrically driven liquid-displacement pump according to one of claims 1 to 13, wherein the at least one inlet (12) and the at least one outlet (13) at the same end face of the hollow cylindrical pump chamber 10 from the pump housing (1, 1 1) emerge.
Elektrisch angetriebene Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der wenigstens eine Einlass (12) und der wenigstens eine Auslass (13) jeweils auf einer gegenüber! i egenden Stirnseite der hohlzylindrischen Pumpenkammer (10) aus dem Pumpengehäuse ( 1, 1 1) austreten. Electrically driven fluid displacement pump according to one of claims 1 to 14, wherein the at least one inlet (12) and the at least one outlet (13) in each case on a opposite! i egenden end face of the hollow cylindrical pump chamber (10) from the pump housing (1, 1 1) emerge.
System mit einer elektrisch angetriebenen Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner aufweisend eine Ansteuervorrichtung, die eine Leistungszufuhr zu den einzelnen Statorspulen (50) in Abhängigkeit eines Verhältnisses zwischen einem Drehmoment des Reluktanzmotors und einem Drehwinkel des Rotors (4) steuert, und einen Drucksensor (7), der einen Druck ausgangsseitig der Pumpe erfasst und an die Ansteuervorrichtung ausgibt; wobei die Ansteuervorrichtung einen Drehmomentverlauf über eine Rotorumdrehung in Abhängigkeit eines Ausgangsdruckverlaufs über eine Rotorumdrehung regelt. The electrically driven liquid displacement pump system according to any one of claims 1 to 15, further comprising a drive device that controls a power supply to the individual stator coils (50) in accordance with a ratio between a torque of the reluctance motor and a rotation angle of the rotor (4), and a pressure sensor (7) which detects a pressure on the output side of the pump and outputs to the drive device; wherein the drive device regulates a torque curve over a rotor revolution as a function of an output pressure curve over a rotor revolution.
Verfahren zur Herstellung einer elektrisch angetriebenen Flüssigkeits- Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Process for producing an electrically driven fluid displacement pump according to one of Claims 1 to 15, characterized by the following steps:
Sintern von Körpern jeweils für den Lagerzapfen (2) und den Rotor (4), Härten der gesinterten Körper, und Sintering of bodies respectively for the bearing journal (2) and the rotor (4), Hardening of the sintered body, and
Schleifen der gehärteten Körper jeweils auf das Maß der Abmessungen des Lagerzapfens (2) und des Rotors (4) sowie das Maß der Kontur des NockenprofilsGrinding the hardened body in each case to the extent of the dimensions of the journal (2) and the rotor (4) and the extent of the contour of the cam profile
(41). (41).
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