WO2016202334A1 - Elektromotorisch angetriebene flüssigkeitspumpe - Google Patents

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WO2016202334A1 PCT/DE2016/200271 DE2016200271W WO2016202334A1 WO 2016202334 A1 WO2016202334 A1 WO 2016202334A1 DE 2016200271 W DE2016200271 W DE 2016200271W WO 2016202334 A1 WO2016202334 A1 WO 2016202334A1
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Bühler Motor GmbH
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    • F04C2240/601—Shaft flexion

Definitions

  • the invention relates to an electric motor-driven liquid pump, in particular oil pump or reducing agent pump, with an electric motor (1), a positive displacement pump, in particular gear pump (2) and arranged between the electric motor (1) and the positive displacement bearing plate (3).
  • hydrodynamic sliding bearings are used to absorb high radial forces and at the same time to form a cost-optimized storage.
  • Passage for a connecting shaft between the permanent magnet rotor and pump is provided with a sintered plain bearing, which at high speeds as
  • Liquids also suitable for oil and for different speeds.
  • spherical bearing (4) receives a connecting shaft (5) between the electric motor (1) and the gear pump (2), wherein between the inner diameter of the spherical bearing (4) and the connecting shaft (5) an annular liquid-filled bearing gap (6) can remain and the arrangement of spherical bearing (4), connecting shaft (5) and liquid-filled bearing gap (6) acts in operation as a hydrodynamic sliding bearing, high radial forces can be intercepted. Since spherical bearings are used in large numbers in conventional electric motors, which can also be mounted in a simple manner, a very economical production is possible. Also plain bearings with special shapes fall under the scope of the invention.
  • a clamping spring for producing a clamping force between the bearing and bearing plate is also provided in the present invention.
  • the spherical bearing is pressed by the clamping spring to an at least partially conical, facet-shaped or hollow spherical contact surface of the bearing plate.
  • the clamping spring is dimensioned such that an axially acting on the spherical bearing force component is greater than a generated by a liquid pressure axially acting counterforce (Fp) on the spherical bearing. It is important that it does not come to axial movements - not even for a short time, because this would cause unpleasant noise.
  • the clamping force must not be too large, so that a tilting of the spherical bearing as tolerance compensation due to hydrodynamic forces is possible.
  • the bearing should be able to move from the outside at the latest
  • the spherical bearing as usual in many dry applications, should be designed as a sintered sliding bearing and have pore-shaped interspaces which can be filled with liquid, in particular oil. These spaces act as a lubricant depot and can provide sufficient lubrication even in exceptional cases where the fluid level drops.
  • Fig. 2 is a force diagram to Fig. 1 and
  • Fig. 3 is a stylized representation of an inventive
  • Fig. 1 shows a simplified sectional view through a storage area of an electric motor according to the invention for a liquid pump, here for a
  • Oil pump with a bearing plate 3, a connecting shaft 5, a spherical bearing 4 and a clamping spring 7.
  • the clamping spring 7 is arranged in a cylindrical recess 9 of the bearing plate 3 and thereby by a cone-shaped
  • the clamping spring 7 consists of an annular bearing portion 1 1 and a cone-shaped bearing support portion 1 2.
  • the contact area 1 1 of the spherical spring 7 abuts against an annular contact surface at the end of the recess 9.
  • the recess 9 is so on the length of the
  • Calotte bearing 4 tuned that the cone-shaped bearing support portion 1 2 exerts a force FF on the spherical bearing 4 and this in a conical
  • the Kalottenfeder 4 has a plurality of not recognizable here Kalottenfederfingern, which increase the elasticity of the Kalottenfeder 7.
  • FIG. 2 shows a force diagram to FIG. 1, with a spring force FF which is perpendicular to the bearing holding region 1 2 at a contact circle between the two
  • a fluid pressure force / oil pressure force Fp which acts by an occurring during operation fluid pressure / oil pressure in the axial direction on the spherical bearing 4 and a radial force FR, which is largely generated in the pump.
  • Dome length 1 5 mm which produced by the fluid pressure / oil pressure
  • Fig. 3 shows a stylized representation of an oil pump motor according to the invention, with an electric motor 1 and a gear pump 2, which is designed here as a gerotor pump.
  • the electric motor 1 has a wound stator 1 5 and a permanent magnet rotor 1 6 on. Between the stator 1 5 and the permanent magnet rotor 1 6, a gap tube 21 is arranged, which seals the stator 1 5 against an oil-filled rotor chamber 22.
  • Connecting shaft 5 is mounted in the pump remote region of the electric motor 1 in a second motor bearing 25, which is accommodated in a motor housing cover 1 9.
  • the gerotor pump comprises an on the connecting shaft 5 rotatably mounted internal gear 1 7, the outer toothing with a
  • End shield 3 of the electric motor 1 is formed, a second outer wall by a pump housing cover 20.
  • a pump housing cover 20 Next is the spherical bearing 4, the clamping spring 7 and the recess 9 shown.
  • an electronically commutated DC motor z. B. also a brush-commutated DC motor or another type of electric motor can be used.
  • Fig. 4 shows a stylized representation of a variation of the oil pump motor according to the invention, with an electric motor 1 'and a gear pump 2', which is also designed here as a gerotor pump.
  • the electric motor 1 ' has a wound stator 1 5' and a permanent magnet rotor 1 6 '.
  • a split tube 21 ' is arranged, which seals the stator 1 5' with respect to an oil-filled rotor chamber 22 '.
  • An opening 23 ' which here as an annular space between a Connecting shaft 5 'and a bearing plate 3' is shown, connecting the
  • the gerotor pump comprises an on the connecting shaft 5 rotatably mounted internal gear 17 ', the outer toothing with an internal toothing of an external gear 18' is engaged.
  • a pump volume which is defined by the teeth of the gears 17 ', 18' and outer walls of the oil pump, so that a conveying effect arises.
  • An outer wall is formed by a bearing plate 3 'of the electric motor 1', a second outer wall by a pump housing cover 20 '.
  • the spherical bearing 4 ', the clamping spring 7' and the recess 9 ' is shown.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe, insbesondere Ölpumpe oder Reduktionsmittelpumpe, mit einem Elektromotor (1), einer Verdrängerpumpe, insbesondere Zahnradpumpe (2) und einem zwischen dem Elektromotor (1) und der Verdrängerpumpe angeordneten Lagerschild (3). Es ist Aufgabe der Erfindung bei einer elektromotorisch angetriebenen Flüssigkeitspumpe für eine wirtschaftlich herstellbare, Fertigungsungenauigkeiten tolerierbare und hohe Radialkräfte aufnehmende Lagerung zu sorgen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Description

Titel: Elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe, insbesondere Ölpumpe oder Reduktionsmittelpumpe, mit einem Elektromotor (1 ), einer Verdrängerpumpe, insbesondere Zahnradpumpe (2) und einem zwischen dem Elektromotor (1 ) und der Verdrängerpumpe angeordneten Lagerschild (3).
Bei Verdrängerpumpen für Flüssigkeiten werden vorteilhafterweise hydrodynamische Gleitlager eingesetzt, um hohe Radialkräfte abzufangen und gleichzeitig eine kostenoptimierte Lagerung zu bilden.
Im Stand der Technik wird eine präzise Bohrung im Lagerdeckel der Pumpe verwendet, weil für hydrodynamische Gleitlager ein axial gleichmäßiger Lagerspalt erforderlich ist. Diese erfordert, dass nur wenig Versatz und wenig Verkippung der Welle stattfinden. Wird jedoch eine integrierte Motorpumpe gebaut, so sind die Anforderungen an die genaue Ausrichtung der Welle am Ort des Lagers durch lange Toleranzketten und Herstellprozessungenauigkeiten der beteiligten Einzelteile nicht erfüllbar.
Aus der DE 101 44 653 B4 ist eine gattungsgemäße Pumpe bekannt, bei der zwischen Elektromotor und Pumpe ein Lagerschild angeordnet ist, das am
Durchgang für eine Verbindungswelle zwischen Permanentmagnetrotor und Pumpe mit einem Sintergleitlager versehen ist, welches bei hohen Drehzahlen als
hydrodynamisches Lager wirkt. Dadurch ist die Pumpe für unterschiedliche
Flüssigkeiten, auch für Öl und für unterschiedliche Drehzahlen geeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung bei einer elektromotorisch angetriebenen
Flüssigkeitspumpe für eine wirtschaftlich herstellbare, Fertigungsungenauigkeiten tolerierbare und hohe Radialkräfte aufnehmende Lagerung zu sorgen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass das Lagerschild (3) ein Kalottenlager (4) aufnimmt, das unter einer Krafteinwirkung F begrenzt schwenkbar ist, können Fertigungsungenauigkeiten auf einfache Weise ausgeglichen werden. Da das Kalottenlager (4) eine Verbindungswelle (5) zwischen dem Elektromotor (1 ) und der Zahnradpumpe (2) aufnimmt, wobei zwischen dem Innendurchmesser des Kalottenlagers (4) und der Verbindungswelle (5) ein ringförmiger flüssigkeitsgefüllter Lagerspalt (6) verbleiben kann und die Anordnung aus Kalottenlager (4), Verbindungswelle (5) und flüssigkeitsgefülltem Lagerspalt (6) im Betrieb als hydrodynamisches Gleitlager wirkt, lassen sich hohe Radialkräfte abfangen. Da Kalottenlager bei herkömmlichen Elektromotoren in großer Zahl verwendet werden, welche sich zudem auf einfache Weise montieren lassen, ist auch eine sehr wirtschaftliche Fertigung möglich. Auch Gleitlager mit Sonderformen fallen unter den Schutzbereich der Erfindung.
Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Wie bei Kalottenlagern üblich, ist auch bei der vorliegenden Erfindung eine Klemmfeder zur Herstellung einer Klemmkraft zwischen Lager und Lagerschild vorgesehen. Das Kalottenlager ist dabei durch die Klemmfeder an eine zumindest bereichsweise kegelförmige, facettenförmige oder hohlkugelförmige Anlagefläche des Lagerschildes angedrückt.
Die Klemmfeder ist dabei so bemessen, dass eine axial auf das Kalottenlager wirkende Kraftkomponente größer ist als eine durch einen Flüssigkeitsdruck erzeugte axial wirkende Gegenkraft (Fp) auf das Kalottenlager. Dabei ist es wichtig, dass es auch nicht zu axialen Bewegungen kommt - auch nicht kurzzeitig, weil dies unangenehme Geräusche nach sich ziehen würde.
Andererseits darf die Klemmkraft auch nicht zu groß sein, damit ein Verkippen des Kalottenlagers als Toleranzausgleich aufgrund hydrodynamischer Kräfte möglich ist. Zumindest sollte sich das Lager spätestens nach einem erstmaligen Hochlauf auf hohe Drehzahlen und/oder einer Radialkraft von außen entsprechend der
geometrischen Gegebenheiten ausrichten, wobei sich ein Fluidspalt zwischen Verbindungswelle und Kalottenlager einstellt. Zweckmäßigerweise sollte das Kalottenlager, wie in vielen trockenen Anwendungen üblich, als Sintergleitlager ausgebildet sein und porenförmige Zwischenräume aufweisen, die mit Flüssigkeit, insbesondere Öl, füllbar sind. Diese Zwischenräume wirken als Schmierstoffdepot und können auch in Ausnahmefällen, in denen der Flüssigkeitsspiegel abfällt, für eine ausreichende Schmierung sorgen.
Eine kompakte Bauform erhält man, wenn Flüssigkeitspumpe und Elektromotor integriert sind. Hierfür kann z. B. das Motorgehäuse axial verlängert sein, um einen Aufnahmeraum für die Pumpe zu schaffen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch einen Lagerbereich,
Fig. 2 ein Kräftediagramm zu Fig. 1 und
Fig. 3 eine stilisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen
Flüssigkeitspumpenmotors.
Hinweis: Bezugszeichen mit Apostroph und entsprechende Bezugszeichen ohne Apostroph bezeichnen namensgleiche Einzelheiten in den Zeichnungen und der Zeichnungsbeschreibung. Es handelt sich dabei um die Verwendung in einer anderen Ausführungsform, dem Stand der Technik und/oder die Einzelheit ist eine Variante. Die Ansprüche, die Beschreibungseinleitung, die Bezugszeichenliste und die Zusammenfassung enthalten der Einfachheit halber nur Bezugszeichen ohne Apostroph.
Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung durch einen Lagerbereich eines erfindungsgemäßen Elektromotors für eine Flüssigkeitspumpe, hier für eine
Ölpumpe, mit einem Lagerschild 3, einer Verbindungswelle 5, einem Kalottenlager 4 und einer Klemmfeder 7. Die Klemmfeder 7 ist in eine zylindrische Vertiefung 9 des Lagerschilds 3 angeordnet und dabei durch einen kegelmantelförmigen
Klemmringbereich 10 an der Innenfläche der Vertiefung 9 verklemmt. Neben dem Klemmringbereich 1 0 besteht die Klemmfeder 7 aus einem ringförmigen Anlagebereich 1 1 und einem kegelmantelförmigen Lagerhaltebereich 1 2. Der Anlagebereich 1 1 der Kalottenfeder 7 liegt an einer ringförmigen Anlagefläche am Ende der Vertiefung 9 an. Die Vertiefung 9 ist dabei so auf die Länge des
Kalottenlagers 4 abgestimmt, dass der kegelmantelförmige Lagerhaltebereich 1 2 eine Kraft FF auf das Kalottenlager 4 ausübt und dieses in eine kegelförmige
Anlagefläche 8 des Lagerschilds 3 andrückt. Aufgrund der sphärischen Außenform des Kalottenlagers 4 liegt dieses nur kreislinienförmig an der kegelförmigen
Anlagefläche 8 an. An diese Kreislinie schließen sich Freiräume 1 3, 14 an, welche ein Verkippen des Kalottenlagers 4 ermöglichen oder zumindest erleichtern. Die Kalottenfeder 4 weist eine Mehrzahl von hier nicht erkennbaren Kalottenfederfingern auf, welche die Elastizität der Kalottenfeder 7 erhöhen.
Fig. 2 zeigt ein Kräftediagramm zu Fig.1 , mit einer Federkraft FF, welche rechtwinklig zum Lagerhaltebereich 1 2 an einer Berührungskreislinie zwischen dem
Lagerhaltebereich 1 2 der Kalottenfeder 7 und der sphärischen Außenkontur des Kalottenlagers 4 angreift, einer Berührkraft FB , welche rechtwinklig zur kegelförmigen Anlagefläche 8 an der Berührungskreislinie zwischen dem kegelförmigen
Anlagebereich und der sphärischen Außenkontur des Kalottenlagers 4 angreift, einer Flüssigkeitsdruckkraft/Öldruckkraft Fp, welche durch einen im Betrieb auftretenden Flüssigkeitsdruck/Öldruck in Axialrichtung auf das Kalottenlager 4 wirkt und einer Radialkraft FR, welche zum großen Teil in der Pumpe erzeugt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel des Kraftvektors FB zur Lotrechten 35°, der Winkel des Kraftvektors FF zur Waagrechten 1 5°, der Kalottenkugeldurchmesser 20 mm, der Pumpendruck 6 bar, der Wellendurchmesser 8 mm, eine projizierte Fläche Ap 1 60 mm2 als Angriffsfläche für den Flüssigkeitsdruck/Öldruck, einem
Berührpunktabstand zur Achse ΓΒ 8,2 mm, der Reibkoeffizient μ 0,1 , die
Kalottenlänge 1 5 mm, die durch den Flüssigkeitsdruck/Öldruck erzeugte
Kraftkomponente Fp 96,3 N und die Radialkraft FR 200 N. Diese Betrachtung muss nur in Radialkraftrichtung erfolgen.
Bei größten Lastkräften ergeben sich hierbei für die Federkraft 206 N, für die
Berührkraft FB 179 N, für das Verstellmoment 38,5 Ncm und eine für die Verstellung nötige Kraft FRH 51 ,3 N. Falls keine Lastkräfte Fp und FR auftreten, ergeben sich für die Federkraft 206 N, für die Berührkraft FB 346 N, für das Verstellmoment 55,3 Ncm und die für die
Verstellung nötige Kraft FRH 73,7 N.
Fig. 3 zeigt eine stilisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Ölpumpenmotors, mit einem Elektromotor 1 und einer Zahnradpumpe 2, die hier als Gerotorpumpe ausgebildet ist. Der Elektromotor 1 weist einen bewickelten Stator 1 5 und einen Permanentmagnetrotor 1 6 auf. Zwischen dem Stator 1 5 und dem Permanentmagnetrotor 1 6 ist ein Spaltrohr 21 angeordnet, welches den Stator 1 5 gegenüber einem ölgefüllten Rotorraum 22 abdichtet. Eine Öffnung 23, hier als ringförmiger Zwischenraum zwischen einer Verbindungswelle 5 und einem Lagerschild 3 dargestellt, verbindet den Rotorraum 22 mit einem Pumpenraum 24. Die
Verbindungwelle 5 ist im pumpenfernen Bereich des Elektromotors 1 in einem zweiten Motorlager 25 gelagert, welches in einem Motorgehäusedeckel 1 9 aufgenommen ist. Die Gerotorpumpe umfasst ein auf der Verbindungswelle 5 drehfest montiertes Innenzahnrad 1 7, dessen Außenverzahnung mit einer
Innenverzahnung eines Außenzahnrads 1 8 in Eingriff ist. Durch die Drehbewegung des Innenzahnrads 1 7 im Außenzahnrad 1 8 ändert sich ein Pumpenvolumen, das von den Zähnen der Zahnräder 17, 1 8 und Außenwänden der Ölpumpe definiert wird, so dass eine Förderwirkung entsteht. Eine Außenwand wird durch ein
Lagerschild 3 des Elektromotors 1 gebildet, eine zweite Außenwand durch einen Pumpengehäusedeckel 20. Weiter ist das Kalottenlager 4, die Klemmfeder 7 und die Vertiefung 9 dargestellt. Anstatt eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors könnte z. B. auch ein bürstenkommutierter Gleichstrommotor oder eine andere Art von Elektromotor verwendet werden.
Fig. 4 zeigt eine stilisierte Darstellung einer Variation des erfindungsgemäßen Ölpumpenmotors, mit einem Elektromotor 1 ' und einer Zahnradpumpe 2', die hier ebenfalls als Gerotorpumpe ausgebildet ist. Der Elektromotor 1 ' weist einen bewickelten Stator 1 5' und einen Permanentmagnetrotor 1 6' auf. Zwischen dem Stator 1 5' und dem Permanentmagnetrotor 1 6' ist ein Spaltrohr 21 ' angeordnet, welches den Stator 1 5' gegenüber einem ölgefüllten Rotorraum 22' abdichtet. Eine Öffnung 23', welche hier als ringförmiger Zwischenraum zwischen einer Verbindungswelle 5' und einem Lagerschild 3' dargestellt ist, verbindet den
Rotorraum 22' mit einem Pumpenraum 24'. Die Verbindungwelle 5' ist im
pumpenfernen Bereich des Elektromotors 1 ' in einem zweiten Motorlager 25' gelagert, welches in einem Gehäusetopf 26' aufgenommen ist. Die Gerotorpumpe umfasst ein auf der Verbindungswelle 5 drehfest montiertes Innenzahnrad 17', dessen Außenverzahnung mit einer Innenverzahnung eines Außenzahnrads 18' in Eingriff ist. Durch die Drehbewegung des Innenzahnrads 17' im Außenzahnrad 18' ändert sich ein Pumpenvolumen, das von den Zähnen der Zahnräder 17', 18' und Außenwänden der Ölpumpe definiert wird, so dass eine Förderwirkung entsteht. Eine Außenwand wird durch ein Lagerschild 3' des Elektromotors 1 ' gebildet, eine zweite Außenwand durch einen Pumpengehäusedeckel 20'. Weiter ist das Kalottenlager 4', die Klemmfeder 7' und die Vertiefung 9' dargestellt.
Bezugszeichenliste Elektromotor
Zahnradpumpe
Lagerschild
Kalottenlager
Verbindungswelle
Lagerspalt
Klemmfeder
Anlagefläche
Vertiefung
Klemmringbereich
Anlagebereich
Lagerhaltebereich
erster Freiraum
zweiter Freiraum
Stator
Permanentmagnetrotor
Innenzahnrad
Außenzahnrad
Motorgehäusedeckel
Pumpengehäusedeckel
Spaltrohr
Rotorraum
Öffnung
Pumpenraum
Motorlager
Gehäusetopf

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe, insbesondere Ölpumpe oder Reduktionsmittelpumpe, mit einem Elektromotor (1 ), einer
Verdrängerpumpe, insbesondere Zahnradpumpe (2) und einem zwischen dem Elektromotor (1 ) und der Verdrängerpumpe angeordneten Lagerschild (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (3) ein Kalottenlager (4) aufnimmt, das unter einer Krafteinwirkung begrenzt schwenkbar ist, welches Kalottenlager (4) eine Verbindungswelle (5) zwischen dem Elektromotor (1 ) und der Verdrängerpumpe aufnimmt, zwischen dem Innendurchmesser des Kalottenlagers (4) und der Verbindungswelle (5) ein ringförmiger
flüssigkeitsgefüllter oder flüssigkeitsfüllbarer Lagerspalt (6) verbleiben kann und die Anordnung aus Kalottenlager (4), Verbindungswelle (5) und
Lagerspalt (6) im Betrieb als hydrodynamisches Gleitlager wirken kann.
2. Elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1 ,
gekennzeichnet durch eine Klemmfeder (7), welche das Kalottenlager (4) an eine zumindest bereichsweise kegelförmige, facettenförmige oder
hohlkugelförmige Anlagefläche (8) des Lagerschildes (3) andrückt und sich in einer Aufnahme in Form einer im Wesentlichen hohlzylinderförmigen
Vertiefung (9) des Lagerschilds (3) festklemmt.
3. Elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmfeder (7) so bemessen ist, dass eine axial auf das Kalottenlager (4) wirkende Kraftkomponente größer ist als eine durch einen Flüssigkeitsdruck erzeugte axial wirkende Gegenkraft (Fp) auf das Kalottenlager (4).
4. Elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmfeder (7) so bemessen ist, dass durch die Flüssigkeit zwischen dem Kalottenlager (4) und der Verbindungswelle (5) eine Kippkraft auf das Kalottenlager (4) wirken kann, deren Größe ausreicht, eine durch die Klemmfeder (7) erzeugte Reibkraft in der Lageraufnahme zu überwinden, ohne dass der Schmierfilm lokal von Kalottenlager (4) oder Verbindungswelle (5) durchdrungen wird.
5. Elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Kalottenlager (4) ein Sintergleitlager mit porenförmigen Zwischenräumen ist.
6. Elektromotorisch angetriebene Flüssigkeitspumpe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Flüssigkeitspumpe und der Elektromotor (1 ) zusammen integriert sind.
PCT/DE2016/200271 2015-06-15 2016-06-09 Elektromotorisch angetriebene flüssigkeitspumpe WO2016202334A1 (de)

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