WO2020043248A1 - Fördereinrichtung - Google Patents

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WO2020043248A1 PCT/DE2019/200105 DE2019200105W WO2020043248A1 WO 2020043248 A1 WO2020043248 A1 WO 2020043248A1 DE 2019200105 W DE2019200105 W DE 2019200105W WO 2020043248 A1 WO2020043248 A1 WO 2020043248A1
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outlet openings
opening
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French (fr)
Inventor
Jan Hinrichs
Tobias Kaiser
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Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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    • F04D29/628—Mounting; Assembling; Disassembling of radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps

Definitions

  • the invention relates to a conveying device having a housing with an inlet opening and having a plurality of outlet openings, with a conveying element which is rotatably received in the housing in order to produce a fluid flow from the suction opening to the respective outlet opening, radially outside the conveying element a ring element arranged within the housing is provided, by means of which the fluid flow through the respective outlet opening can be adjusted.
  • cooling systems with water pumps that are used to cool a wide variety of electrical components in the vehicle. These are hybrid or purely electric vehicles, since vehicles with internal combustion engines do not have any electrical components that need to be cooled. Valves are used to ensure the distribution of the coolant.
  • valves each require an actuator with electrical control and mounting on a component of the vehicle, which leads to high component costs.
  • Another example of a conveyor is a compressor that draws in air and makes it available to different consumers. So far, the air flow has also been distributed under valve control.
  • a water pump which has a housing with an inlet opening and with a plurality of outlet openings, with a conveying element which is rotatably accommodated in the housing establish a fluid flow from the suction opening to the respective outlet opening.
  • a rotatable ring element is adjusted radially outside the conveying element within the housing, so that the fluid flow can be set through the respective outlet opening.
  • a ring element is used which has a plurality of spiral fluid channels.
  • the not yet published DE 10 2017 208 134.1 describes a radial flow machine with two outlets and with a rotatable volute.
  • the partial flows are regulated by covering the volute output with the two outlets.
  • the degree of coverage can be varied by means of a rotary movement.
  • the percentage distribution of the partial flows depends on the total volume flow of the pump.
  • a conveying device with an electric drive with a housing with a suction opening and with a plurality of outlet openings, with a conveying element which is rotatably received in the housing in order to flow a fluid from the suction opening towards the respective outlet - Manufacture inlet opening, the outlet openings being at least axially spaced apart from one another on the housing.
  • the arrangement of the outlet openings makes it possible to distribute the fluid volume flow to the outlet openings almost independently of the total volume flow.
  • a rotatable ring element is provided radially outside the conveying element within the housing, by means of which the
  • Fluid flow through the respective outlet opening is adjustable.
  • the additional use of a rotatable ring element enables an even finer and better adjustment of the fluid flow.
  • the conveying device or the ring element has an axially attached parting plane in order to produce two partial fluid channels for the respective axially staggered outlet openings.
  • the conveyor is a compressor.
  • the delivery device is a liquid pump.
  • FIG. 1 shows a fluid delivery device according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional view of the conveyor device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows an exploded view of an exemplary embodiment of a fluid delivery device according to the invention
  • FIG. 1 shows an embodiment of a conveyor device 1 according to the invention.
  • This embodiment is a water pump, but the invention can also be applied to a compressor.
  • the conveyor 1 has a housing 2, which has a first housing part 3 as a housing pot and a second housing part 4 as a housing lower part for opening. has an electric motor.
  • the second housing part 4 is attached to the first housing part 3, so that it can be closed and sealed.
  • the housing 2 has a suction opening 5 for sucking in a fluid, in the example of water.
  • the suction opening 5 is centered on the axis of rotation of the conveyor.
  • the housing 2 also has two outlet openings 6 and 60 for discharging the conveyed water or fluid.
  • the housing 2 is essentially cylindrical and has a peripheral wall 8.
  • the outlet openings 6 in the peripheral wall 8 are spaced apart from one another.
  • the two pump outlets are axially offset from one another, so that the center points of the outlet openings 6 and 60 are axially spaced apart from one another as shown in FIG.
  • the center points lie radially apart from one another by an angle alpha, which is marked very schematically in FIG.
  • the suction opening 5 is arranged on the top of the first housing part
  • a partial flow is fed to each pump outlet, as described with reference to FIG. 3.
  • a pump wheel or compressor wheel 9 is provided in the housing 2 and is designed to be rotatable.
  • An electric drive is provided, which acts on a drive shaft 11. The rotation of the pump wheel or compressor wheel 9 generates a fluid flow from the suction opening 5 to the outlet openings 6, 60.
  • an adjustable ring element 13 is also provided within the housing 2, by means of which the fluid flow through the respective outlet opening 6, 60 can be set.
  • the ring element 13 has webs 22 which extend radially outward from the center and serve for stiffening.
  • the peripheral wall 20 is a cylindrical wall fertilizer with an opening 15.
  • the opening 15 in the circumferential wall 20 is an elongated region which extends along a radial angular section. In this exemplary embodiment, however, this angular section of the peripheral wall is smaller than the angle alpha between the pump outlets 6, 60.
  • the adjustable ring element 13 has, for example, a fluid channel 14 which extends in a spiral from the radially inside to the radially outside and which opens into an opening 15 radially on the outside.
  • the fluid channel 14 is divided by a parting plane 30 which axially divides the flow into two partial flows. This type of distribution is largely independent of the volume flow.
  • the respective partial flows are each connected to only one outlet 6, 60.
  • the fluid channel 14 is open radially on the inside and communicates with the pump wheel or compressor wheel 9 in order to be able to receive the fluid flow from the pump or compressor wheel 9.
  • the webs 22 do not affect the flow through the fluid channel.
  • the radially inner region of the ring element 13 lies radially outside of the pump wheel 9 and the ring element 13 receives the compressor wheel 9 in a central recess 16.
  • fluid communication can be achieved by covering the opening 15 with one of the outlet openings 6, 60 and this results in a fluid flow on the outlet side.
  • the internal components of the feed pump 1 comprise a stator 24 which is fitted in the second housing part 3.
  • the stator 24 surrounds a rotor 26.
  • the rotor 26 and the stator 24 are separated from one another by a magnetic air gap.
  • the rotor 26 comprises a drive shaft 11 and a pump wheel 9 for moving a liquid when the liquid enters the suction opening 5.
  • the pump wheel 9 moves the liquid through the outlet 6, 60 to the respective consumers.
  • the 4 and 5 are sections through the first housing part 3.
  • the ring element 13 is divided axially through the parting planes 30 into two partial fluid channels 14a and 14b.
  • the concept according to the invention can be used both in feed pumps with an adjustment by means of an adjustment ring, ie a ring element 13, and in those without adjustment.
  • valves on the outlet side would then still be necessary.

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Abstract

Fördervorrichtung mit elektrischem Antrieb mit einem Gehäuse ( 2) mit einer Ansaugöffnung (5) und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen (6, 60), mit einem Förderelement ( 9 ), welches in dem Gehäuse ( 2 ) drehbar aufgenommen ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung ( 5 ) hin zu der jeweiligen Auslassöffnung (6, 60 ) herzustellen, wobei die Auslassöffnungen (6, 60) mindestens axial beabstandet voneinander am Gehäuse (2) angebracht sind.

Description

Fördereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Fördervorrichtung mit einem Gehäuse mit einer Einlass- Öffnung und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen, mit einem Förderelement, welches in dem Gehäuse drehbar aufgenommen ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung hin zu der jeweiligen Auslassöffnung herzustellen, wobei radial außerhalb des Förderelements innerhalb des Gehäuses angeordnetes Ringele- ment vorgesehen ist, mittels welchem der Fluidstrom durch die jeweilige Auslass- Öffnung einstellbar ist.
Stand der Technik
In Fahrzeugen gibt es unterschiedliche Fördereinrichtungen für unterschiedlichste Fluide wie Luft, Wasser, Öl oder Gemischen daraus.
Ein Beispiel sind Kühlsysteme mit Wasserpumpen, die für die Kühlung unter- schiedlichste elektrische Komponenten des Fahrzeugs eingesetzt sind. Dabei handelt es sich um Hybrid- oder rein elektrische Fahrzeuge, da Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren keine elektrischen Komponenten, die gekühlt werden müssten, aufweisen. Um die Verteilung des Kühlmittels zu gewährleisten, werden Ventile verwendet.
Die Ventile benötigen jeweils einen Aktuator mit elektrischer Ansteuerung und Halterung an einem Bauteil des Fahrzeugs, was zu hohen Bauteilkosten führt.
Ein anderes Beispiel eines Fördermittels ist ein Verdichter, der Luft ansaugt und unterschiedlichen Verbrauchern zur Verfügung stellt. Dabei wird bisher der Luft- strom ebenfalls ventilgesteuert verteilt.
Aus der DE102015106639A1 ist eine Wasserpumpe bekannt, die ein Gehäuse mit einer Einlassöffnung und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen aufweist, mit einem Förderelement, welches in dem Gehäuse drehbar aufgenommen ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung hin zu der jeweiligen Auslassöffnung herzustellen. Dabei wird radial außerhalb des Förderelements innerhalb des Ge- häuses ein drehbares Ringelement verstellt, so dass der Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung einstellbar ist. Dabei wird ein Ringelement verwendet, das eine Mehrzahl von spiralförmigen Fluidkanälen aufweist.
Die noch nicht veröffentlichte DE 10 2017 208 134.1 beschreibt eine Radialströ- mungsmaschine mit zwei Auslässen und mit einer drehbaren Volute. Die Rege- lung der Teilströme erfolgt durch eine Überdeckung des Volutenausgangs mit den beiden Auslässen. Durch eine rotatorische Bewegung kann der Überdeckungs- grad variiert werden. Allerdings hängt die prozentuale Aufteilung der Teilströme vom Gesamtvolumenstrom der Pumpe ab.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fördereinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und dennoch eine gute Einsteilbarkeit oder Regelbarkeit von verschiedenen Fluidströmen ohne Flemmung des Durchflusses erlaubt.
Gelöst wird die Aufgabe mit einer Fördervorrichtung mit elektrischem Antrieb mit einem Gehäuse mit einer Ansaugöffnung und mit einer Mehrzahl von Auslassöff- nungen, mit einem Förderelement, welches in dem Gehäuse drehbar aufgenom- men ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung hin zu der jeweiligen Aus- lassöffnung herzustellen, wobei die Auslassöffnungen mindestens axial beab- standet voneinander am Gehäuse angebracht sind.
Durch die Anordnung der Auslassöffnungen ist es möglich, den Fluidvolumen- strom nahezu unabhängig vom Gesamtvolumenstrom auf die Auslassöffnungen aufzuteilen.
Es ist von Vorteil, dass radial außerhalb des Förderelements innerhalb des Ge- häuses ein drehbares Ringelement vorgesehen ist, mittels welchem der
Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung einstellbar ist. Die zusätzliche Verwendung eines drehbaren Ringelements ermöglicht eine noch feinere und bessere Einstellung des Fluidstroms.
Erfindungsgemäß weist die Fördervorrichtung oder das Ringelement eine axial angebrachte Trennebene auf, um zwei Teilfluidkanäle für die jeweiligen axial ver- setzt angeordneten Auslassöffnungen herzustellen.
Durch die Trennebene werden zwei unabhängige Teilströme erreicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Fördereinrichtung ein Verdichter.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Fördereinrichtung eine Flüssigkeits- pumpe.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Fluidfördereinrichtung,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Fördereinrichtung nach Figur 1 ,
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsge- mäßen Fluidfördereinrichtung,
Fig. 4 und 5 zeigen jeweils einen Schnitt durch den Pumpenteil der Fördereinrich- tung.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fördereinrich- tung 1. Es handelt sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Wasserpumpe, die Erfindung ist aber auch auf einen Verdichter anwendbar.
Die Fördereinrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches ein erstes Gehäuseteil 3 als Gehäusetopf und ein zweites Gehäuseteil 4 als Gehäuseunterteil zur Auf- nähme eines Elektromotors aufweist. Das zweite Gehäuseteil 4 ist an das erste Gehäuseteil 3 angesetzt, so dass es abgeschlossen und abgedichtet werden kann.
Das Gehäuse 2 weist eine Ansaugöffnung 5 zum Ansaugen eines Fluids, in die sem Beispiel von Wasser, auf. Die Ansaugöffnung 5 liegt zentrisch zur Drehachse der Fördereinrichtung. Auch weist das Gehäuse 2 zwei Auslassöffnungen 6 und 60 zum Auslassen des geförderten Wassers bzw. Fluids auf. Das Gehäuse 2 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist eine Umfangswand 8 auf. Da- bei sind die Auslassöffnungen 6 in der Umfangswand 8 beabstandet zueinander angeordnet. Die beiden Pumpenauslässe sind axial zueinander versetzt, sodass die Mittelpunkte der Auslassöffnungen 6 und 60 wie in Figur 2 gezeigt im Abstand A voneinander axial entfernt sind. Zudem liegen die Mittelpunkte radial um einen Winkel alpha voneinander entfernt, was sehr schematisch in Figur 1 markiert ist.
Die Ansaugöffnung 5 ist an der Oberseite des ersten Gehäuseteils angeordnet
Jedem Pumpenauslass wird ein Teilstrom zugeführt, wie anhand von Figur 3 be- schrieben wird.
In dem Gehäuse 2 ist ein Pumpenrad oder Verdichterrad 9 vorgesehen, welches drehbar ausgebildet ist. Dabei ist ein elektrischer Antrieb vorgesehen, der auf eine Antriebswelle 11 einwirkt. Durch die Drehung des Pumpenrads oder Verdichter- rads 9 wird ein Fluidstrom von der Ansaugöffnung 5 hin zu den Auslassöffnungen 6, 60 erzeugt.
Radial außerhalb des Pumpenrads oder Verdichterrads 9 ist innerhalb des Ge- häuses 2 weiterhin ein verstellbares Ringelement 13 vorgesehen, mittels welchem der Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung 6, 60 einstellbar ist. Das Rin- gelement 13 weist Stege 22 auf, die sich radial vom Zentrum nach außen erstre- cken und zur Versteifung dienen. Die Umfangswand 20 ist eine zylindrische Wan- düng mit einer Öffnung 15. Die Öffnung 15 in der Umfangswand 20 ist ein lang- gestreckter Bereich, der sich entlang eines radialen Winkelabschnitt erstreckt. Dieser Winkelabschnitt der Umfangswandung ist in diesem Ausführungsbeispiel aber kleiner als der Winkel alpha zwischen den Pumpenauslässen 6, 60.
Das verstellbare Ringelement 13 weist beispielsweise einen spiralförmig von radial innen nach radial außen verlaufenden Fluidkanal 14 auf, welcher radial außen in eine Öffnung 15 mündet.
Erfindungsgemäß ist der Fluidkanal 14 von einer Trennebene 30 unterteilt, die die Strömung axial in zwei Teilströme aufteilt. Diese Art der Aufteilung ist weitgehend volumenstromunabhängig. Die jeweiligen Teilströme sind jeweils nur mit einem Auslass 6, 60 verbunden.
Der Fluidkanal 14 ist dabei radial innen offen und kommunizieren mit dem Pum- penrad oder Verdichterrad 9, um den Fluidstrom des Pumpen- oder Verdichter- rads 9 aufnehmen zu können. Die Stege 22 beeinträchtigen den Durchfluss durch den Fluidkanal nicht. Der radial innere Bereich des Ringelements 13 liegt radial außerhalb des Pumpenrads 9 und das Ringelement 13 nimmt das Verdichterrad 9 in einer zentralen Ausnehmung 16 auf.
Dreht sich das Ringelement 13 in dem Gehäuse 2, kann durch Überdeckung der Öffnung 15 mit einer der Auslassöffnungen 6, 60 eine Fluidkommunikation erreicht werden und es resultiert ein auslassseitiger Fluidstrom.
Alternativ zu einer alternierenden Öffnung der beiden Auslässe ist es auch mög- lich durch eng benachbarte Auslässe und einer Teilabdeckung der Auslässe einen Fluidstrom durch zwei Auslässe zugleich zu generieren, indem der Winkel alpha kleiner als der radiale Winkelabschnitt der Öffnung 15 ausgestaltet wird. Ein Mechanismus zum Verdrehen des Ringelements wird in der noch nicht offen- gelegten Anmeldung DE 10 2017 208 134.1 im Detail erläutert.
Die internen Komponenten der Förderpumpe 1 umfassen einen Stator 24, der im zweiten Gehäuseteil 3 eingepasst ist. Der Stator 24 umgibt einen Rotor 26. Der Rotor 26 und der Stator 24 sind durch einen magnetischen Luftspalt voneinander getrennt.
Der Rotor 26 umfasst eine Antriebsachse 11 und ein Pumpenrad 9 zum Bewegen einer Flüssigkeit beim Eintreten der Flüssigkeit in die Ansaugöffnung 5. Das Pum- penrad 9 bewegt die Flüssigkeit durch den Auslass 6, 60 zu den jeweiligen Ver- brauchern.
In den Figuren 4 und 5 sind Schnitte durch das erste Gehäuseteil 3. Das Ringele- ment 13 wird dabei axial durch die Trennebenen 30 in zwei Teil-Fluidkanäle 14a und 14b geteilt.
Das erfindungsgemäße Konzept ist sowohl in Förderpumpen mit einer Verstellung über einen Verstellring also einem Ringelement 13 als auch in solchen ohne Ver- stellung einsetzbar.
Für den Betrieb einer solchen Förderpumpe ohne verstellbarem Ringelement wären dann noch Ventile ausgangseitig an den Auslässen notwendig.
Bezugszeichenliste Fördereinheit
Gehäuse
Erstes Gehäuseteil
Zweites Gehäuseteil
Ansaugöffnung
, 60 Auslassöffnungen
Umfangswand
Fördermittel, Pumpen- oder Verdichterrad 1 Antriebswelle
3 Ringelement
4 Fluidkanal
4a, 14b erster und zweiter Teil-Fluidkanal
5 Öffnung
0 Umfangswand
2 Stege
0 Trennelement
4 Stator
6 Rotor

Claims

Ansprüche
1. Fördervorrichtung mit elektrischem Antrieb mit einem Gehäuse (2) mit einer Ansaugöffnung (5) und mit einer Mehrzahl von Auslassöffnungen (6, 60), mit einem Förderelement (9), welches in dem Gehäuse (2) drehbar aufgenom- men ist, um einen Fluidstrom von der Ansaugöffnung ( 5 ) hin zu derjeweili- gen Auslassöffnung (6, 60 ) herzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (6, 60) mindestens axial beabstandet voneinander am Gehäuse (2) angebracht sind.
2. Fördervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb des Förderelements (9) innerhalb des Gehäuses (2) ein drehba- res Ringelement (13) vorgesehen ist, mittels welchem der Fluidstrom durch die jeweilige Auslassöffnung (6, 60) einstellbar ist.
3. Fördervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung (1 ) eine axial angebrachte Trennebene (30) aufweist, um zwei Teilfluidkanäle (14a, 14b) herzustellen.
4. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (6, 60) sich tangential nach außen oder koaxial zur Ansaugöffnung (5) erstrecken.
5. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (6,60) an der radial außenliegen- den Umfangswand (14) in Umfangsrichtung verteilt und zueinander beab- standet angeordnet sind.
6. Fördervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (5) konzentrisch zur Drehachse (D) der Fördereinrichtung angeordnet ist.
7. Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das verstellbare Ringelement (13) in Umfangsrichtung verstellbar ist.
8. Fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (1 ) ein Verdichter ist.
9. Fördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich- net, dass die Fördereinrichtung eine Flüssigkeits-Pumpe ist.
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