WO2022038137A1 - Pump assembly - Google Patents

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WO2022038137A1
WO2022038137A1 PCT/EP2021/072836 EP2021072836W WO2022038137A1 WO 2022038137 A1 WO2022038137 A1 WO 2022038137A1 EP 2021072836 W EP2021072836 W EP 2021072836W WO 2022038137 A1 WO2022038137 A1 WO 2022038137A1
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WO
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pump
rotor
fluid
face
stator
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PCT/EP2021/072836
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German (de)
French (fr)
Inventor
Tomasz MALOGOWSKI
Omar FRANCESCHI
Stefan TILLER
Hong Giang TO
Maurice ANDREE
Original Assignee
Gkn Sinter Metals Engineering Gmbh
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Publication date
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    • F04C2270/00Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/17Tolerance; Play; Gap

Definitions

  • the invention relates to a pump arrangement, at least comprising a pump and a drive unit for the pump, which are arranged in a common housing.
  • the drive unit is an axial flow electric drive, which comprises a stator which is non-rotatably connected to the housing and a rotor which is arranged such that it can rotate with respect to the housing.
  • the rotor forms an outer conveying means of the pump and has a first conveying profile (e.g. a first set of teeth or vanes of a vane pump) on an inner peripheral surface, with an inner conveying means of the pump being arranged in a radial direction inside the rotor and on a Outer peripheral surface has a second conveying profile (e.g. a second toothing or a cylindrical outer peripheral surface), which interacts with the first conveying profile for conveying a fluid and optionally (in the case of the teeth) for driving the inner conveying means through the rotor.
  • a first conveying profile e.g. a first set of teeth or va
  • a rotor of the pump is arranged on an axle that is led out of a housing of the pump arrangement.
  • a pump assembly is z. B. known from DE 10 2015 207 748 A1.
  • a fluid pump is described, which is driven by an electric motor.
  • a pump rotor of the fluid pump is coupled to the electric motor.
  • the electric motor is an axial flow electric motor whose electric motor rotor is also the pump rotor or drives a pump rotor.
  • the pump rotor and the electric motor rotor are accommodated in a common housing in which the pump rotor and the electric motor rotor rotate integrated in a disk shape as a combination rotor, the common housing having a fluid inlet and a fluid outlet to the combination rotor.
  • a pump chamber or fluid conveying chamber is closed off in the common housing and a fluid inflow and a fluid outflow to the pump chamber takes place axially along the axis of rotation.
  • a pump arrangement is known from DE 10 2017 113 825 A1, which comprises at least one pump and a drive unit for the pump, which are arranged in a common housing.
  • the drive unit is an axial flow electric drive, which comprises a stator which is non-rotatably connected to the housing and a rotor which is arranged such that it can rotate with respect to the housing.
  • the rotor forms an outer conveying means of the pump, with an inner conveying means of the pump being arranged in a radial direction inside the rotor, which is connected to the first conveying profile for conveying a fluid and, if necessary (in the case of the teeth) for driving the inner conveying means by the rotor interacts.
  • the inner conveyor is arranged on a sleeve. A mechanical bearing of the outer conveyor and the rotor is not provided. In order to set an operation that is as leak-free as possible, the side walls surrounding the rotor are set at a certain distance from one another by means of a traction mechanism.
  • a pump arrangement with the features according to patent claim 1 contributes to the solution of these tasks.
  • Advantageous developments are the subject matter of the dependent patent claims.
  • the features listed individually in the patent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and/or details from the figures, with further embodiment variants of the invention being shown.
  • a pump arrangement is proposed, at least comprising a pump with a pressure side and a suction side and a drive unit for the pump, which are arranged in a common housing.
  • the drive unit is an axial flow electric drive, which (precisely) comprises a stator non-rotatably connected to the housing and (precisely) a rotor arranged rotatably relative to the housing.
  • the rotor is arranged with a first end side opposite the stator or a stator-side housing (ie a housing enclosing the stator) along an axial direction and forms an external conveying means of the pump.
  • the outer conveying means has a first conveying profile on an inner peripheral surface.
  • An inner conveying means of the pump is arranged in a radial direction inside the rotor and has a second conveying profile on an outer peripheral surface, which interacts with the first conveying profile for conveying a fluid.
  • the inner conveying means is mounted on a centering element which is non-rotatably connected to the housing.
  • At least the rotor and the outer conveying means are set up to be mounted exclusively on the fluid conveyed by the pump (rotatable in relation to other components of the pump arrangement).
  • a first fluid guide structure is arranged at least between the first end face (of the rotor/outer conveying means) and the stator (or the stator-side housing) and is connected to the pressure side, so that a gap between the first end face and the stator ( or the stator-side housing) can be produced by the fluid.
  • Electrical drives regularly include a stator and a rotor, which are arranged coaxially to one another.
  • the rotor is referred to herein as the carrier of permanent magnets, while the stator comprises a coil assembly.
  • the rotor and stator are arranged one behind the other, in particular along the axial direction. Differently magnetized magnets are alternately arranged on the rotor along the circumferential direction.
  • the coil assembly of a stator has cores, e.g. B. from SMC, which are surrounded by current-carrying windings.
  • Each kernel can be an element that arranged to become magnetized when a current is passed through live windings around the core.
  • the current-carrying windings can be designed as coils.
  • SMC is formed from iron powder particles which are electrically insulated from one another. Iron losses in SMC parts in an alternating electric field are generally small. In this regard, it therefore seems desirable to use SMC in electrical machines, at least in part, instead of the most commonly used steel lamination (steel sheets or electrical steel). To form a component from SMC, the particles are compacted and hardened. The SMC material is not sintered here. Rather, tempering takes place below a melting temperature, which is however sufficient for the material to permanently retain the intended geometry.
  • the rotor of the electric drive can have permanent magnets or else soft-magnetic elements, for example in recesses.
  • a permanently excited synchronous or brushless DC motor, abbreviated BLDC can be formed with permanent magnets as an electric drive, while a reluctance motor can be created as an electric motor in an axial, radial or transverse design with soft magnetic elements, for example.
  • the rotor has a first conveying profile (e.g. the first toothing) on the inner peripheral surface, via which the inner conveying means is connected to the second conveying profile (e.g. a second toothing) arranged on the outer peripheral surface of the inner conveying means for conveying the fluid works together.
  • the inner conveying means is driven by the outer conveying means.
  • a separate drive of the inner funding, z. B. on an axis of the inner funding is not required.
  • the rotor and inner conveying means together form the pump of the pump arrangement, which conveys a fluid from a suction side or low-pressure side (fluid inlet) to a pressure side or high-pressure side (fluid outlet).
  • Gerotor pumps and internal gear pumps are suitable. Both pump types are characterized by rotors that are parallel but spaced apart from one another in the radial direction and have axes of rotation of the toothing (inner conveying means and outer conveying means). Due to the meshing teeth, one conveyor is driven by the drive of the other conveyor.
  • Vane cell pumps and roller cell pumps can also be used as the pump arrangement, with the outer conveying means comprising the vanes or rollers, which can be displaced in a radial direction relative to the axis of rotation, as the first conveying profile.
  • the second funding profile is z. B. formed by a cylindrical outer peripheral surface of the inner conveyor, which cooperates with the wings or the rollers.
  • the rotor and the conveying means are arranged in particular with plain bearings.
  • a fluid film builds up in the sliding bearing, in particular in the bearing acting opposite to the axial direction, which reduces the friction between components that move differently.
  • the rotor in particular together with the outer conveying means, is in particular designed without a shaft or is arranged without bearings or only with sliding bearings in relation to the radial direction.
  • tilting of the rotor is prevented or reduced, among other things, in particular by the largest possible diameters of the surfaces of the rotor acting as bearings in relation to the axial direction.
  • a first fluid guide structure is arranged between the first end face of the rotor and the stator or the stator-side housing and is connected to the pressure side, so that during operation of the pump arrangement there is a gap between the first end face and the stator or the stator-side Housing can be produced by the fluid.
  • the pressure of the fluid set by the pump arrangement on the pressure side is used here to set and maintain the distance along the axial direction between the first end face and the stator or the housing.
  • the distance between the electromagnetic rotor part (the magnets) and the electromagnetic stator part is, in particular, approximately 0.5 mm and, in particular, is not appreciably influenced by the fluid.
  • the distance that arises during operation of the pump arrangement between the rotor and stator or on the stator side Housing adjusts as a result of the fluid and forms the gap is in particular intended exclusively to prevent friction between the components and thus wear.
  • the gap, ie the distance formed by the fluid is in particular significantly smaller than the distance between the electromagnetic components of the rotor and stator.
  • the first fluid guide structure comprises in particular a channel structure which is formed at least on one of the surfaces forming the gap. These surfaces are formed at least by the first end face of the rotor and by the wall of the stator or housing lying opposite the first end face. In particular, therefore, there is no gap with a constant gap size, rather the gap size varies locally as a result of the channel structure implemented on at least one surface.
  • the fluid can be conveyed through the gap (and across the gap) in particular at least along the radial direction via the channel structure.
  • at least one flow channel is provided for the fluid, along which the fluid is conveyed through the gap (and across the gap).
  • the fluid should essentially be conveyed into the gap in order to reduce the friction between components there.
  • conveying the fluid beyond the gap is only a technically necessary evil in order to convey the fluid into the gap.
  • the fluid should not be conveyed in a targeted manner beyond the gap, but this internal leakage should be kept as small as possible.
  • a substantially constant pressure of the fluid is provided in the gap along the extension of the first fluid guide structure or along the channel structure.
  • the pump arrangement is designed in such a way that the pressure of the fluid on the pressure side generated during operation of the pump arrangement compensates for the axial forces acting between the stator and the rotor (straightforward). If necessary, the pressure of the fluid in the gap between the rotor and the stator can be adjusted via a (controllable or constant) throttle.
  • the rotor extends between a first end face facing the stator and a second end face arranged opposite along the axial direction over a width, with the first conveying profile and the second conveying profile each extending over the (same) width.
  • the conveying profiles have the same width, so that the end faces of the inner conveying means and the outer conveying means can be arranged in alignment with one another along the radial direction.
  • the second conveying profile interacts with the first conveying profile to drive the inner conveying means, with the inner conveying means being rotatably mounted on the centering element.
  • the inner conveying means is also stored exclusively via the fluid required by the pump.
  • the first fluid guide structure is also formed on the inner conveying means, so that a gap between the inner conveying means and the centering element can also be ensured here by the fluid during operation of the pump arrangement.
  • the first fluid guide structure is designed differently here than between the rotor and stator, since the axial forces act essentially between the rotor and stator and are only transmitted via contact friction of the conveying profiles starting from the rotor or from the outer conveying means to the inner conveying means.
  • the housing has a pressure line connected to the pressure side of the pump arrangement.
  • the first fluid guide structure is (exclusively) connected to the pressure line via the centering element and/or via the conveying profiles.
  • the fluid is conveyed from the pressure line (exclusively) via the centering element to the first fluid conducting structure.
  • the inner conveyor is rotatably mounted on a first outer peripheral surface of the centering element, with a second fluid conducting structure for connecting the pressure line to the first fluid conducting structure being formed at least partially on the first outer peripheral surface.
  • a second fluid conducting structure for connecting the pressure line to the first fluid conducting structure being formed at least partially on the first outer peripheral surface.
  • the second fluid conducting structure can in particular be designed in the manner of the first fluid conducting structure, the second fluid conducting structure being provided for generating a gap running parallel to the axis of rotation between the centering element and the inner conveying means.
  • the housing has a suction line connected to the suction side.
  • a transfer of the fluid from the first fluid guide structure which can be described as leakage, takes place in particular via a second outer peripheral surface of the rotor to the suction line. This leakage serves in particular to lubricate the opposing surfaces of the rotor and housing.
  • a fluid can be conveyed through the conveying profiles, starting from the suction line to the pressure line.
  • the amount used to lubricate and support the components and to ensure the gap of the fluid can flow (back) at least partially (as leakage) from the pressure side via the gap to the suction side.
  • the fluid is conveyed, starting from the pressure line, via the centering element and via the second fluid-guiding structure to the first end face of the rotor.
  • the fluid (then, but in particular only as a leak) is conveyed outwards along the gap between the first end face and the stator and at least along the radial direction across the gap.
  • the fluid (then) flows via the second outer peripheral surface of the rotor (ie between the housing and the rotor) towards the second end face and to the suction side arranged there.
  • the rotor and the outer conveying means are designed in one piece, preferably in one piece, ie manufactured together.
  • rotating components rotor, outer conveying means, inner conveying means, the pump arrangement relative to stationary components (housing, stator, centering element) of the pump arrangement are arranged without contact.
  • stationary components housing, stator, centering element
  • all rotating components run in the fluid.
  • the fluid prevents contact between rotating components of the pump arrangement and stationary components of the pump arrangement, or ensures a non-contact arrangement.
  • tolerances of the components that would otherwise have to be produced with high precision can be softened, so that costs for the production of the pump arrangement can be reduced.
  • the perpendicularity otherwise required between the axis of rotation and the first end face is here in particular with less accuracy perform, since the gap between the rotor and housing or stator is guaranteed by the fluid.
  • At least the rotor is manufactured using powder metallurgy.
  • at least the stator is manufactured by powder metallurgy.
  • the rotor is also manufactured by sintering.
  • the pump is preferred
  • a gerotor pump or an internal gear pump also referred to as a sickle pump
  • the first conveying profile is a first toothing
  • the second conveying profile is a second toothing, the toothings having different numbers of teeth from one another;
  • a vane pump or roller pump wherein a first axis of rotation of the rotor and a second axis of rotation of the inner conveyor are arranged parallel to each other and spaced apart from each other in the radial direction.
  • the pump arrangement has exclusively static seals, that is to say seals which are only arranged between components which are arranged in a rotationally fixed manner. In this way, a secure and permanent seal can be guaranteed using exclusively static seals.
  • the pump arrangement has the following operating parameters:
  • - Rated power consumption in watts from 0 to 2,000; preferably from 50 to 200;
  • Nominal maximum working pressure in bar from 0 to 100; preferably from 4 to 12;
  • Rotor speed in revolutions per minute from 0 to 7,000; preferably from 1,000 to 4,000.
  • the gap between the first end face of the rotor (in particular not in the area of the magnets) and the housing or the stator, i.e. in particular the gap forming the sliding bearing or the gap formed by the first fluid conducting structure, is in particular at least 0.003 millimeters during operation of the pump arrangement , preferably at most 0.1 millimeters, particularly preferably at most 0.05 millimeters or even at most 0.01 millimeters.
  • the gap between the magnets and the housing or the stator is at least 0.2 millimeters, preferably at least 0.3 millimeters.
  • the gap in this area is preferably at most 1.5 mm, particularly preferably at most 1.0 mm, in particular 0.3 to 0.7 mm.
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral.
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral.
  • Correspondingly introduced terms or components are to be understood in such a way that they are present at least once and, in particular, can also be present several times.
  • first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be required, this is explicitly stated here or it is obvious to the Specialist in studying the specific configuration described. If a component can occur several times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • Fig. 1 a pump assembly in an exploded view, in a perspective view
  • Fig. 2 a pump assembly in a side view in section with a
  • Fig. 3 the pump assembly in a side view in section with the
  • FIG. 4 a part of the pump arrangement in a perspective view with part of the flow pattern according to FIG. 3;
  • FIG. 5 a part of the pump arrangement in a perspective view with a further part of the flow pattern according to FIG. 3, which follows the flow pattern according to FIG. 4;
  • FIG. 6 a part of the pump arrangement according to FIG. 3 in a perspective view;
  • FIG. 7 a part of the pump arrangement in a perspective view with the part of the flow pattern according to FIG. 3 and a further part of the flow pattern which follows the flow pattern according to FIG. 5;
  • FIG. 8 the pump arrangement according to FIG. 2 in a perspective view in section.
  • FIG. 1 shows a pump assembly 1 in an exploded view, in a perspective view.
  • Fig. 2 shows a pump arrangement 1 in a side view in section with an illustration of the flow path 34 of the fluid 18 from a pressure side 3 to a suction side 4.
  • Fig. 3 shows the pump arrangement 1 in a side view in section with the flow path 34 from the pressure side 3 to the first end face 9.
  • Fig. 4 shows a part of the pump assembly 1 in a perspective view with a part of the flow pattern 34 according to Fig. 3.
  • Fig. 5 shows a part of the pump assembly 1 in a perspective view with a further part of the flow pattern 34 after 3, which follows the course of flow 34 according to FIG.
  • FIG. 6 shows part of the pump arrangement 1 according to FIG. 3 in a perspective view.
  • FIG. 7 shows a part of the pump arrangement 1 in a perspective view with the part of the flow path 34 according to FIG. 3 and a further part of the flow path 34 which follows the flow path 34 according to FIG.
  • FIG. 8 shows the pump arrangement 1 according to FIG. 2 in a perspective view in section. 1 to 8 are described together below.
  • the pump arrangement 1 comprises a pump 2 with a pressure side 3 and a suction side 4 and a drive unit 5 for the pump 2, which are arranged in a common housing 6.
  • the drive unit 5 is an axial flow electric drive, which includes precisely one stator 7 connected in a torque-proof manner to the housing 6 and precisely one rotor 8 arranged to be rotatable with respect to the housing 6 .
  • the rotor 8 is arranged with a first end face 9 opposite the stator 7 along an axial direction 10 and forms an outer conveying means 11 of the pump 2 .
  • the outer conveying means 11 has a first conveying profile 13 on an inner peripheral surface 12 .
  • An inner conveying means 15 of the pump 2 is arranged in a radial direction 14 inside the rotor 8 and has a second conveying profile 17 on an outer peripheral surface 16 which interacts with the first conveying profile 13 for conveying a fluid 18 .
  • the inner conveying means 15 is mounted on a centering element 19 which is non-rotatably connected to the housing 6 .
  • the rotor 8 and the outer conveying means 11 are rotatably mounted relative to other components of the pump arrangement 1 exclusively via the fluid 18 conveyed by the pump 2 .
  • a first fluid guide structure 20 is arranged between the first end face 9 and the stator 7 and is connected to the pressure side 3 so that a gap 21 can be created between the first end face 9 and the stator 7 through the fluid 18 during operation of the electric drive.
  • the coil assembly of the stator 7 has cores 32, e.g. B. from SMC, which are comprised of current-carrying windings 31.
  • the rotor 8 of the electric drive has magnets 33 . Cores 32 and windings 31 are spaced apart from magnets 33 by gap 21 .
  • the rotor 8 has a first conveying profile 13 (here a first toothing) on the inner peripheral surface 12, via which the inner conveying means 15 and the second conveying profile 17 (here a second toothing) arranged on the outer peripheral surface 16 of the inner conveying means 15 for conveying the Fluid 18 interacts.
  • the conveying profiles 13, 17 are formed as toothings, the inner conveying means 15 is driven via the outer conveying means 11.
  • a first axis of rotation 29 of the rotor 8 (and of the outer conveying means 11) and a second axis of rotation 30 of the inner conveying means 15 are arranged parallel to one another and spaced apart from one another in the radial direction 14 .
  • Pump 2 is designed as a gerotor pump.
  • a gap 21 is set between the first end face 9 and the stator 7 by the fluid 18 during operation of the electric drive by the first fluid guide structure 20 which is arranged between the first end face 9 and the stator 7 and is connected to the pressure side 3 .
  • the pressure of the fluid 18 set by the pump arrangement 1 on the pressure side 3 is used here to set and maintain the distance along the axial direction 10 between the first end face 9 and the stator 7 or the housing 6 .
  • the rotor 8 extends between a first end face 9 facing the stator 7 and an oppositely arranged second end face 22 along the axial direction 10 over a width 23, with the first conveying profile 13 and the second conveying profile 17 each extending over the same width 23, which according to FIG. 2 extend over the width 23 of the rotor 8 according to the invention and according to FIG. 1 and FIGS. 3 to 8 (not according to the invention) only over part of the width 23 of the rotor 8.
  • the housing 6 has a second end face 22 of the rotor 8 arranged opposite the first end face 9 and connected to the pressure side 3 Pressure line 24 (see Fig. 4), the first fluid guide structure 20 via the centering element 19 and/or via the conveying profiles 13, 17 (see Fig. 2, to the left of the axes of rotation 29, 30: connection between the pressure line 24 and the first fluid guide structure 20 also is connected to the pressure line 24 exclusively via conveyor profiles 13, 17).
  • the fluid 18 is starting from the pressure line 24 via the centering
  • the inner conveying means 15 is rotatably mounted on a first outer peripheral surface 25 of the centering element 19 , a second fluid conducting structure 26 for connecting the pressure line 24 to the first fluid conducting structure 20 being formed on the first outer peripheral surface 25 .
  • the housing 6 has, on a second end face 22 of the rotor 8 arranged opposite the first end face 9, a suction line 27 connected to the suction side 4, leakage of the fluid from the first fluid conduction structure
  • the fluid 18 is conveyed from the pressure line 24 via the centering element 19 and via the second fluid guide structure 26 and possibly via the conveying profiles 13, 17 to the first end face 9 of the rotor 8 (see FIGS. 2 to 8). Then the fluid 18 is forced along the gap 21 between the first end face 9 and the stator 7 and at least along the radial direction 14 through the gap 21 and as a leakage across the gap 21 to the outside (see Fig. 2, 3, 7 and 8) . The fluid 18 then flows as a leak over the second outer peripheral surface 28 of the rotor 8 (ie between the housing 6 and the rotor 8) towards the second end face 22 and the suction side 4 arranged there (see FIGS. 2 and 8).
  • the components shown in Fig. 2 rotor 8 and outer conveyor 11 are together in one piece and thus designed according to the invention.
  • the rotor 8 comprises two components which are connected to one another via a connection which acts in a form-fitting manner in relation to a circumferential direction 35 .
  • One component of the rotor 8 forms the first end face 9 and includes the magnets 33, the other component includes the outer conveyor 11.
  • rotating components rotor 8, comprising the outer conveyor 11, inner conveyor 15
  • fixed components housing 6, stator 7, centering element 19
  • All rotating components are thus moved in the fluid 18 .
  • the fluid 18 prevents contact between see rotating components of the pump arrangement 1 and stationary components of the pump arrangement 1 or ensures a non-contact arrangement.

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Abstract

Disclosed is a pump assembly (1) at least comprising a pump (2) having a discharge side (3) and a suction side (4), and a drive unit (5) for the pump (2), the pump (2) and the drive unit (5) being arranged in a common housing (6), the drive unit (5) being an axial-flow electric drive comprising a stator (7), which is rotationally fixedly connected to the housing (6), and a rotor (8), which is rotatably arranged relative to the housing (6), a first end face (9) of the rotor (8) being oriented towards the stator (7) along an axial direction (10), the rotor (8) forming an outer pumping means (11) of the pump (2) and having a first pumping profile (13) on an inner circumferential surface (12); in a radial direction (14), an inner pumping means (15) of the pump (2) is arranged inside the rotor (8), said inner pumping means (15) having a second pumping profile (17) on an outer circumferential surface (16), said second pumping profile (17) interacting with the first pumping profile (13) to pump a fluid (18).

Description

rumpenanordnung hull arrangement
Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung, zumindest umfassend eine Pumpe und eine Antriebseinheit für die Pumpe, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Antriebseinheit ist ein Axialfluss-Elektroantrieb, der einen mit dem Gehäuse drehfest verbundenen Stator sowie einen, gegenüber dem Gehäuse drehbar angeordneten Rotor umfasst. Der Rotor bildet ein äußeres Fördermittel der Pumpe und weist an einer Innenumfangsfläche ein erstes Förderprofil (z. B. eine erste Verzahnung oder Flügel einer Flügelzellenpumpe) auf, wobei in einer radialen Richtung innerhalb des Rotors ein inneres Fördermittel der Pumpe angeordnet ist, das an einer Außenumfangsfläche ein zweites Förderprofil (z. B. eine zweite Verzahnung oder eine zylindrische Außenumfangsfläche) aufweist, das mit dem ersten Förderprofil zur Förderung eines Fluids und ggf. (im Falle der Verzahnungen) zum Antrieb des inneren Fördermittels durch den Rotor zusammenwirkt. The invention relates to a pump arrangement, at least comprising a pump and a drive unit for the pump, which are arranged in a common housing. The drive unit is an axial flow electric drive, which comprises a stator which is non-rotatably connected to the housing and a rotor which is arranged such that it can rotate with respect to the housing. The rotor forms an outer conveying means of the pump and has a first conveying profile (e.g. a first set of teeth or vanes of a vane pump) on an inner peripheral surface, with an inner conveying means of the pump being arranged in a radial direction inside the rotor and on a Outer peripheral surface has a second conveying profile (e.g. a second toothing or a cylindrical outer peripheral surface), which interacts with the first conveying profile for conveying a fluid and optionally (in the case of the teeth) for driving the inner conveying means through the rotor.
Bei bekannten Pumpenausfuhrungen ist ein Rotor der Pumpe auf einer Achse angeordnet, die aus einem Gehäuse der Pumpenanordnung herausgeführt ist. In known pump designs, a rotor of the pump is arranged on an axle that is led out of a housing of the pump arrangement.
Eine Pumpenanordnung ist z. B. aus der DE 10 2015 207 748 Al bekannt. Dort wird eine Fluidpumpe beschrieben, die mit einem Elektromotor angetrieben wird. Dabei ist ein Pumpenrotor der Fluidpumpe mit dem Elektromotor gekoppelt. Der Elektromotor ist ein Axialfluss-Elektromotor, dessen Elektromotor-Rotor auch der Pumpenrotor ist bzw. einen Pumpenrotor antreibt. Der Pumpenrotor und der Elektromotor-Rotor sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, in dem der Pumpenrotor und der Elektromotor-Rotor scheibenformartig als Kombinationsrotor integriert sich drehen, wobei das gemeinsame Gehäuse einen Fluidzu- und einen Fluidabfluss zu dem Kombinationsrotor aufweist. Ein Pumpenraum bzw. Fluidförderraum ist im gemeinsamen Gehäuse abgeschlossen angeordnet und ein Fluidzufluss sowie ein Fluidabfluss zu dem Pumpenraum erfolgt axial entlang der Rotationsachse. A pump assembly is z. B. known from DE 10 2015 207 748 A1. There, a fluid pump is described, which is driven by an electric motor. A pump rotor of the fluid pump is coupled to the electric motor. The electric motor is an axial flow electric motor whose electric motor rotor is also the pump rotor or drives a pump rotor. The pump rotor and the electric motor rotor are accommodated in a common housing in which the pump rotor and the electric motor rotor rotate integrated in a disk shape as a combination rotor, the common housing having a fluid inlet and a fluid outlet to the combination rotor. A pump chamber or fluid conveying chamber is closed off in the common housing and a fluid inflow and a fluid outflow to the pump chamber takes place axially along the axis of rotation.
Aus der DE 10 2017 113 825 Al ist eine Pumpenanordnung bekannt, die zumindest eine Pumpe und eine Antriebseinheit für die Pumpe umfasst, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Antriebseinheit ist ein Axialfluss- Elektroantrieb, der einen mit dem Gehäuse drehfest verbundenen Stator sowie einen, gegenüber dem Gehäuse drehbar angeordneten Rotor umfasst. Der Rotor bildet ein äußeres Fördermittel der Pumpe, wobei in einer radialen Richtung innerhalb des Rotors ein inneres Fördermittel der Pumpe angeordnet ist, das mit dem ersten Förderprofil zur Förderung eines Fluids und ggf. (im Falle der Verzahnungen) zum Antrieb des inneren Fördermittels durch den Rotor zusammenwirkt. Das innere Fördermittel ist auf einer Hülse angeordnet. Eine mechanische Lagerung des äußeren Fördermittels und des Rotors ist nicht vorgesehen. Zur Einstellung eines möglichst leckagefreien Betriebs werden die den Rotor umgebenden Seitenwände über ein Zugmittel auf einen bestimmten Abstand zueinander hin eingestellt. A pump arrangement is known from DE 10 2017 113 825 A1, which comprises at least one pump and a drive unit for the pump, which are arranged in a common housing. The drive unit is an axial flow electric drive, which comprises a stator which is non-rotatably connected to the housing and a rotor which is arranged such that it can rotate with respect to the housing. The rotor forms an outer conveying means of the pump, with an inner conveying means of the pump being arranged in a radial direction inside the rotor, which is connected to the first conveying profile for conveying a fluid and, if necessary (in the case of the teeth) for driving the inner conveying means by the rotor interacts. The inner conveyor is arranged on a sleeve. A mechanical bearing of the outer conveyor and the rotor is not provided. In order to set an operation that is as leak-free as possible, the side walls surrounding the rotor are set at a certain distance from one another by means of a traction mechanism.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis derartige Pumpen weiter zu vereinfachen und für den Betrieb robust und dauerhaltbar zu gestalten. Insbesondere soll eine kompakte Pumpenanordnung vorgeschlagen werden, die möglichst einfach herstellbar weitgehend verschleißfrei betreibbar ist. There is a constant need to further simplify such pumps and to make them robust and durable for operation. In particular, a compact pump arrangement is to be proposed which can be manufactured as simply as possible and can be operated largely without wear.
Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. Es wird eine Pumpenanordnung vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Pumpe mit einer Druckseite und einer Saugseite und eine Antriebseinheit für die Pumpe, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Die Antriebseinheit ist ein Axialfluss-Elektroantrieb, der (genau) einen, mit dem Gehäuse drehfest verbundenen Stator sowie (genau) einen, gegenüber dem Gehäuse drehbar angeordneten Rotor umfasst. Der Rotor ist mit einer ersten Stirnseite dem Stator bzw. einem statorseitigen Gehäuse (also einem den Stator umfassenden Gehäuse) entlang einer axialen Richtung gegenüberliegend angeordnet und bildet ein äußeres Fördermittel der Pumpe. Das äußere Fördermittel weist an einer Innenumfangsfläche ein erstes Förderprofil auf. In einer radialen Richtung innerhalb des Rotors ist ein inneres Fördermittel der Pumpe angeordnet, das an einer Außenumfangsfläche ein zweites Förderprofil aufweist, das mit dem ersten Förderprofil zur Förderung eines Fluids zusammenwirkt. Das innere Fördermittel ist auf einem mit dem Gehäuse drehfest verbundenem Zentrierelement gelagert. Zumindest der Rotor und das äußere Fördermittel sind dazu eingerichtet, ausschließlich über das durch die Pumpe geförderte Fluid (gegenüber anderen Komponenten der Pumpenanordnung drehbar) gelagert zu sein. Zumindest zwischen der ersten Stirnseite (des Ro- tors/äußeren Fördermittels) und dem Stator (oder dem statorseitigen Gehäuse) ist eine erste Fluidleitstruktur angeordnet und mit der Druckseite verbunden, so dass im Betrieb der Pumpenanordnung ein Spalt zwischen der ersten Stirnseite und dem Stator (bzw. dem statorseitigen Gehäuse) durch das Fluid herstellbar ist. A pump arrangement with the features according to patent claim 1 contributes to the solution of these tasks. Advantageous developments are the subject matter of the dependent patent claims. The features listed individually in the patent claims can be combined with one another in a technologically meaningful manner and can be supplemented by explanatory facts from the description and/or details from the figures, with further embodiment variants of the invention being shown. A pump arrangement is proposed, at least comprising a pump with a pressure side and a suction side and a drive unit for the pump, which are arranged in a common housing. The drive unit is an axial flow electric drive, which (precisely) comprises a stator non-rotatably connected to the housing and (precisely) a rotor arranged rotatably relative to the housing. The rotor is arranged with a first end side opposite the stator or a stator-side housing (ie a housing enclosing the stator) along an axial direction and forms an external conveying means of the pump. The outer conveying means has a first conveying profile on an inner peripheral surface. An inner conveying means of the pump is arranged in a radial direction inside the rotor and has a second conveying profile on an outer peripheral surface, which interacts with the first conveying profile for conveying a fluid. The inner conveying means is mounted on a centering element which is non-rotatably connected to the housing. At least the rotor and the outer conveying means are set up to be mounted exclusively on the fluid conveyed by the pump (rotatable in relation to other components of the pump arrangement). A first fluid guide structure is arranged at least between the first end face (of the rotor/outer conveying means) and the stator (or the stator-side housing) and is connected to the pressure side, so that a gap between the first end face and the stator ( or the stator-side housing) can be produced by the fluid.
Elektrische Antriebe umfassen regelmäßig einen Stator und einen Rotor, die koaxial zueinander angeordnet sind. Der Rotor wird hier als der Träger von Permanentmagneten bezeichnet, während der Stator eine Spulenanordnung aufweist. Bei einem Axialfluss-Motor sind Rotor und Stator insbesondere entlang der axialen Richtung hintereinander angeordnet. Dabei sind unterschiedlich magnetisierte Magnete entlang der Umfangsrichtung abwechselnd auf dem Rotor angeordnet. Electrical drives regularly include a stator and a rotor, which are arranged coaxially to one another. The rotor is referred to herein as the carrier of permanent magnets, while the stator comprises a coil assembly. In an axial flux motor, the rotor and stator are arranged one behind the other, in particular along the axial direction. Differently magnetized magnets are alternately arranged on the rotor along the circumferential direction.
Die Spulenanordnung eines Stators weist Kerne, z. B. aus SMC auf, die von stromführenden Wicklungen umfasst sind. Jeder Kem kann ein Element sein, das angeordnet ist, um magnetisiert zu werden, wenn em Strom durch stromführende Wicklungen um den Kem geleitet wird. Die stromführenden Wicklungen können als Spulen gestaltet sein. The coil assembly of a stator has cores, e.g. B. from SMC, which are surrounded by current-carrying windings. Each kernel can be an element that arranged to become magnetized when a current is passed through live windings around the core. The current-carrying windings can be designed as coils.
SMC ist insbesondere aus Eisenpulverteilchen gebildet, die elektrisch voneinander isoliert sind. Eisenverluste in SMC-Teilen in einem elektrischen Wechselfeld sind im Allgemeinen gering. In dieser Hinsicht erscheint es daher wünschenswert, SMC in elektrischen Maschinen zumindest teilweise anstelle der am häufigsten verwendeten Stahllamination (Stahlbleche bzw. Elektrostahl) zu verwenden. Um eine Komponente aus SMC zu bilden, werden die Partikel verdichtet und gehärtet. Das SMC-Material wird hierbei nicht gesintert. Vielmehr erfolgt eine Temperierung auf unterhalb einer Schmelztemperatur, die jedoch ausreichend ist, dass das Material die vorgesehene Geometrie dauerhaft bewahrt. In particular, SMC is formed from iron powder particles which are electrically insulated from one another. Iron losses in SMC parts in an alternating electric field are generally small. In this regard, it therefore seems desirable to use SMC in electrical machines, at least in part, instead of the most commonly used steel lamination (steel sheets or electrical steel). To form a component from SMC, the particles are compacted and hardened. The SMC material is not sintered here. Rather, tempering takes place below a melting temperature, which is however sufficient for the material to permanently retain the intended geometry.
Der Rotor des elektrischen Antriebs kann Permanentmagnete oder auch weichmagnetische Elemente zum Beispiel in Aussparungen aufweisen. So kann mit Permanentmagneten als elektrischer Antrieb ein permanenterregter Synchron- oder bürstenloser Gleichstrommotor, abgekürzt BLDC, gebildet werden, während beispielsweise mit weichmagnetischen Elementen ein Reluktanzmotor als Elektromotor in axialer, radialer oder transversaler Bauweise geschaffen werden kann. The rotor of the electric drive can have permanent magnets or else soft-magnetic elements, for example in recesses. A permanently excited synchronous or brushless DC motor, abbreviated BLDC, can be formed with permanent magnets as an electric drive, while a reluctance motor can be created as an electric motor in an axial, radial or transverse design with soft magnetic elements, for example.
Rotor und Stator bilden zusammen insbesondere die Antriebseinheit der Pumpenanordnung. Rotor and stator together form in particular the drive unit of the pump arrangement.
Der Rotor weist an der Innenumfangsfläche ein erstes Förderprofil (z. B. die erste Verzahnung) auf, über die das innere Fördermittel mit dem, an der Außenumfangsfläche des inneren Fördermittels angeordneten zweiten Förderprofil (z. B. einer zweiten Verzahnung) zur Förderung des Fluids zusammenwirkt. Bei der Ausbildung der Förderprofile als Verzahnungen wird das innere Fördermittel über das äußere Fördermittel angetrieben. Ein eigener Antrieb des inneren Fördermittels, z. B. über eine Achse des inneren Fördermittels, ist nicht erforderlich. Rotor und inneres Fördermittel bilden insbesondere gemeinsam die Pumpe der Pumpenanordnung, die ein Fluid von einer Saugseite bzw. Niederdruckseite (Fluideinlass) hin zu einer Druckseite bzw. Hochdruckseite (Fluidauslass) fordert. The rotor has a first conveying profile (e.g. the first toothing) on the inner peripheral surface, via which the inner conveying means is connected to the second conveying profile (e.g. a second toothing) arranged on the outer peripheral surface of the inner conveying means for conveying the fluid works together. When the conveying profiles are designed as teeth, the inner conveying means is driven by the outer conveying means. A separate drive of the inner funding, z. B. on an axis of the inner funding is not required. In particular, the rotor and inner conveying means together form the pump of the pump arrangement, which conveys a fluid from a suction side or low-pressure side (fluid inlet) to a pressure side or high-pressure side (fluid outlet).
Für eine solche Pumpenanordnung sind z. B. Gerotorpumpen und Innenzahnradpumpen (auch als Sichelpumpen bezeichnet) geeignet. Beide Pumpentypen zeichnen sich durch parallele, aber in der radialen Richtung voneinander beabstandet angeordnete, Drehachsen der Verzahnung aufweisenden Rotoren aus (inneres Fördermittel und äußeres Fördermittel). Durch die miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen erfolgt der Antrieb des einen Fördermittels durch den Antrieb des anderen Fördermittels. For such a pump arrangement z. B. Gerotor pumps and internal gear pumps (also referred to as sickle pumps) are suitable. Both pump types are characterized by rotors that are parallel but spaced apart from one another in the radial direction and have axes of rotation of the toothing (inner conveying means and outer conveying means). Due to the meshing teeth, one conveyor is driven by the drive of the other conveyor.
Als Pumpenanordnung sind ebenfalls Flügelzellenpumpen und Rollenzellenpumpen einsetzbar, wobei das äußere Fördermittel die gegenüber der Drehachse in einer radialen Richtung verschiebbaren Flügel bzw. Rollen als erstes Förderprofil umfasst. Das zweite Förderprofil wird z. B. durch eine zylindrische Außenumfangsfläche des inneren Fördermittels gebildet, die mit den Flügeln bzw. den Rollen zusammenwirkt. Vane cell pumps and roller cell pumps can also be used as the pump arrangement, with the outer conveying means comprising the vanes or rollers, which can be displaced in a radial direction relative to the axis of rotation, as the first conveying profile. The second funding profile is z. B. formed by a cylindrical outer peripheral surface of the inner conveyor, which cooperates with the wings or the rollers.
Der Rotor und die Fördermittel sind insbesondere gleitgelagert angeordnet. Im Betrieb der Pumpenanordnung baut sich in der Gleitlagerung, insbesondere in der gegenüber der axialen Richtung wirkenden Lagerung, ein Fluidfilm auf, der die Reibung zwischen sich unterschiedlich bewegenden Bauteilen reduziert. The rotor and the conveying means are arranged in particular with plain bearings. During operation of the pump arrangement, a fluid film builds up in the sliding bearing, in particular in the bearing acting opposite to the axial direction, which reduces the friction between components that move differently.
Der Rotor, insbesondere zusammen mit dem äußeren Fördermittel, ist insbesondere wellenlos ausgeführt bzw. ist gegenüber der radialen Richtung ungelagert bzw. nur gleitgelagert angeordnet. The rotor, in particular together with the outer conveying means, is in particular designed without a shaft or is arranged without bearings or only with sliding bearings in relation to the radial direction.
Im Betrieb des Axialfluss-Elektroantrieb treten Kräfte in der axialen Richtung auf, die eine Anziehung des Rotors entlang der axialen Richtung hin zum Stator be- wirken. Bei der hier für eine kompakte Pumpenanordnung vorgeschlagene Ausführung mit nur einem Stator können diese Kräfte dazu führen, dass der drehende Rotor den Stator bzw. das den Stator umgebende Gehäuse kontaktiert. Dieses Problem wird bei Pumpenanordnungen, bei denen der Rotor nicht auf einer Welle angeordnet bzw. gegenüber der radialen Richtung ungelagert ist, noch verschärft, da der wellenlose Rotor im Betrieb leichter verkippen kann. Bei einer auch nur leicht windschiefen Anordnung des Rotors (die Stirnseiten des Rotors sind im Regelfall nicht wirklich senkrecht zur Drehachse herstellbar) kann ein nur lokaler Kontakt zwischen Rotor und Gehäuse bzw. Stator auftreten. Dabei kann durch den Rotor eine materialabtragende Einwirkung auf das Gehäuse bzw. den Stator erfolgen, durch die eine dauerhafte Beschädigung der Pumpenanordnung erfolgt und die Lebensdauer deutlich eingeschränkt werden kann. During operation of the axial flux electric drive, forces occur in the axial direction, which cause the rotor to be attracted along the axial direction towards the stator. works. In the embodiment proposed here for a compact pump arrangement with only one stator, these forces can result in the rotating rotor making contact with the stator or the housing surrounding the stator. This problem is exacerbated in pump arrangements in which the rotor is not arranged on a shaft or is not supported in relation to the radial direction, since the shaftless rotor can tilt more easily during operation. If the rotor is even slightly skewed (the end faces of the rotor generally cannot be produced perpendicular to the axis of rotation), only local contact between the rotor and the housing or stator can occur. The rotor can have a material-removing effect on the housing or the stator, which causes permanent damage to the pump arrangement and can significantly reduce its service life.
Bei der vorliegenden Pumpenanordnung wird eine Verkippung des Rotors unter anderem insbesondere durch möglichst große Durchmesser der als Lager gegenüber der axialen Richtung wirkenden Flächen des Rotors verhindert bzw. reduziert. In the present pump arrangement, tilting of the rotor is prevented or reduced, among other things, in particular by the largest possible diameters of the surfaces of the rotor acting as bearings in relation to the axial direction.
Es wird hier vorgeschlagen, das zwischen der ersten Stirnseite des Rotors und dem Stator bzw. dem statorseitigen Gehäuse eine erste Fluidleitstruktur angeordnet und mit der Druckseite verbunden ist, so dass im Betrieb der Pumpenanordnung ein Spalt zwischen der ersten Stirnseite und dem Stator bzw. dem statorseitigen Gehäuse durch das Fluid herstellbar ist. Der durch die Pumpenanordnung auf der Druckseite eingestellte Druck des Fluids wird hier dafür verwendet, den Abstand entlang der axialen Richtung zwischen der ersten Stirnseite und dem Stator bzw. dem Gehäuse einzustellen und aufrechtzuerhalten. It is proposed here that a first fluid guide structure is arranged between the first end face of the rotor and the stator or the stator-side housing and is connected to the pressure side, so that during operation of the pump arrangement there is a gap between the first end face and the stator or the stator-side Housing can be produced by the fluid. The pressure of the fluid set by the pump arrangement on the pressure side is used here to set and maintain the distance along the axial direction between the first end face and the stator or the housing.
Der Abstand zwischen dem elektromagnetischen Rotorteil (den Magneten) und dem elektromagnetischen Statorteil beträgt insbesondere ca. 0,5 mm und wird insbesondere nicht nennenswert durch das Fluid beeinflusst. Der Abstand, der sich bei Betrieb der Pumpenanordnung zwischen Rotor und Stator bzw. statorseitigem Gehäuse infolge des Fluids einstellt und den Spalt bildet, ist insbesondere ausschließlich dafür vorgesehen, Reibung zwischen den Bauteilen und damit Verschleiß zu verhindern. Der Spalt, also der durch das Fluid gebildete Abstand, ist insbesondere deutlich kleiner als der Abstand der elektromagnetischen Komponenten von Rotor und Stator. The distance between the electromagnetic rotor part (the magnets) and the electromagnetic stator part is, in particular, approximately 0.5 mm and, in particular, is not appreciably influenced by the fluid. The distance that arises during operation of the pump arrangement between the rotor and stator or on the stator side Housing adjusts as a result of the fluid and forms the gap is in particular intended exclusively to prevent friction between the components and thus wear. The gap, ie the distance formed by the fluid, is in particular significantly smaller than the distance between the electromagnetic components of the rotor and stator.
Die erste Fluidleitstruktur umfasst insbesondere eine Kanalstruktur, die zumindest auf einer der den Spalt ausbildenden Oberflächen ausgebildet ist. Diese Oberflächen werden zumindest durch die erste Stirnseite des Rotors und durch die, der ersten Stirnseite gegenüberliegenden Wandung des Stators bzw. des Gehäuses gebildet. Insbesondere liegt also gerade kein Spalt mit konstantem Spaltmaß vor, sondern das Spaltmaß variiert lokal infolge der an zumindest einer Oberfläche ausgeführten Kanalstruktur. Über die Kanalstruktur kann das Fluid insbesondere zumindest entlang der radialen Richtung durch den Spalt (und über den Spalt hinweg) gefördert werden. Insbesondere wird dabei mindestens ein Strömungskanal für das Fluid bereitgestellt, entlang dem das Fluid durch den Spalt (und über den Spalt hinweg) gefördert wird. The first fluid guide structure comprises in particular a channel structure which is formed at least on one of the surfaces forming the gap. These surfaces are formed at least by the first end face of the rotor and by the wall of the stator or housing lying opposite the first end face. In particular, therefore, there is no gap with a constant gap size, rather the gap size varies locally as a result of the channel structure implemented on at least one surface. The fluid can be conveyed through the gap (and across the gap) in particular at least along the radial direction via the channel structure. In particular, at least one flow channel is provided for the fluid, along which the fluid is conveyed through the gap (and across the gap).
Das Fluid soll insbesondere im Wesentlichen in den Spalt gefordert werden, um dort die Reibung zwischen Bauteilen zu reduzieren. Das Fördern des Fluides über den Spalt hinaus ist insbesondere nur ein technisch notwendiges Übel, um das Fluid in den Spalt hinein zu fordern. Insbesondere soll das Fluid nicht gezielt über den Spalt hinaus gefördert, sondern diese interne Leckage möglichst gering gehalten werden. In particular, the fluid should essentially be conveyed into the gap in order to reduce the friction between components there. In particular, conveying the fluid beyond the gap is only a technically necessary evil in order to convey the fluid into the gap. In particular, the fluid should not be conveyed in a targeted manner beyond the gap, but this internal leakage should be kept as small as possible.
Insbesondere wird entlang der Erstreckung der ersten Fluidleitstruktur oder entlang der Kanalstruktur in dem Spalt ein im Wesentlichen konstanter Druck des Fluids bereitgestellt. Es liegen also insbesondere keine Drosselabschnitte entlang der ersten Fluidleitstruktur oder entlang eines Strömungskanals der Kanalstruktur vor, die einen stufenweisen oder kontinuierlichen Druckabfall bewirken. Dabei kann zwischen unterschiedlichen Strömungskanälen einer Kanalstruktur durchaus ein gedrosselter Druck vorliegen. In particular, a substantially constant pressure of the fluid is provided in the gap along the extension of the first fluid guide structure or along the channel structure. In particular, there are no throttling sections along the first fluid guide structure or along a flow channel of the channel structure that cause a gradual or continuous pressure drop. Included a throttled pressure can definitely exist between different flow channels of a channel structure.
Insbesondere ist die Pumpenanordnung so ausgeführt, dass durch den im Betrieb der Pumpenanordnung erzeugte Druck des Fluids an der Druckseite, die zwischen Stator und Rotor wirkenden axialen Kräfte (gerade) kompensiert werden. Ggf. kann der in dem Spalt zwischen Rotor und Stator vorliegende Druck des Fluids über eine (regelbare oder konstante) Drossel eingestellt werden. In particular, the pump arrangement is designed in such a way that the pressure of the fluid on the pressure side generated during operation of the pump arrangement compensates for the axial forces acting between the stator and the rotor (straightforward). If necessary, the pressure of the fluid in the gap between the rotor and the stator can be adjusted via a (controllable or constant) throttle.
Insbesondere erstreckt sich der Rotor zwischen einer dem Stator zugewandten ersten Stirnseite und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite entlang der axialen Richtung über eine Breite, wobei sich das erste Förderprofil und das zweite Förderprofil jeweils über die (gleiche) Breite erstrecken. Die Förderprofile weisen insbesondere eine gleiche Breite auf, so dass die Stirnseiten von innerem Fördermittel und äußerem Fördermittel entlang der radialen Richtung miteinander fluchtend anordenbar sind. In particular, the rotor extends between a first end face facing the stator and a second end face arranged opposite along the axial direction over a width, with the first conveying profile and the second conveying profile each extending over the (same) width. In particular, the conveying profiles have the same width, so that the end faces of the inner conveying means and the outer conveying means can be arranged in alignment with one another along the radial direction.
Insbesondere wirkt das zweite Förderprofil mit dem ersten Förderprofil zum Antrieb des inneren Fördermittels zusammen, wobei das innere Fördermittel auf dem Zentrierelement drehbar gelagert ist. Dabei ist auch das innere Fördermittel ausschließlich über das durch die Pumpe geforderte Fluid gelagert. In particular, the second conveying profile interacts with the first conveying profile to drive the inner conveying means, with the inner conveying means being rotatably mounted on the centering element. The inner conveying means is also stored exclusively via the fluid required by the pump.
Insbesondere ist die erste Fluidleitstruktur auch an dem inneren Fördermittel ausgebildet, so dass auch hier im Betrieb der Pumpenanordnung durch das Fluid ein Spalt zwischen innerem Fördermittel und dem Zentrierelement gewährleistet werden kann. Insbesondere ist hier die erste Fluidleitstruktur anders ausgebildet als zwischen Rotor und Stator, da die axialen Kräfte im Wesentlichen zwischen Rotor und Stator wirken und nur über Kontaktreibung der Förderprofile ausgehend vom Rotor bzw. vom äußeren Fördermittel auf das innere Fördermittel übertragen werden. Insbesondere weist das Gehäuse an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite des Rotors eine mit der Druckseite der Pumpenanordnung verbundene Druckleitung auf. Insbesondere ist die erste Fluidleitstruktur (ausschließlich) über das Zentrierelement und/oder über die Förderprofile mit der Druckleitung verbunden. In particular, the first fluid guide structure is also formed on the inner conveying means, so that a gap between the inner conveying means and the centering element can also be ensured here by the fluid during operation of the pump arrangement. In particular, the first fluid guide structure is designed differently here than between the rotor and stator, since the axial forces act essentially between the rotor and stator and are only transmitted via contact friction of the conveying profiles starting from the rotor or from the outer conveying means to the inner conveying means. In particular, on a second end face of the rotor arranged opposite the first end face, the housing has a pressure line connected to the pressure side of the pump arrangement. In particular, the first fluid guide structure is (exclusively) connected to the pressure line via the centering element and/or via the conveying profiles.
Insbesondere wird das Fluid ausgehend von der Druckleitung (ausschließlich) über das Zentrierelement hin zur ersten Fluidleitstruktur befördert. In particular, the fluid is conveyed from the pressure line (exclusively) via the centering element to the first fluid conducting structure.
Insbesondere ist das innere Fördermittel auf einer ersten äußeren Umfangsfläche des Zentrierelements drehbar gelagert, wobei eine zweite Fluidleitstruktur zur Verbindung der Druckleitung mit der ersten Fluidleitstruktur zumindest teilweise auf der ersten äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist. Insbesondere kann so eine hydrodynamische oder eine hydrostatische Lagerung des inneren Fördermittels auf dem Zentrierelement realisiert werden. In particular, the inner conveyor is rotatably mounted on a first outer peripheral surface of the centering element, with a second fluid conducting structure for connecting the pressure line to the first fluid conducting structure being formed at least partially on the first outer peripheral surface. In particular, hydrodynamic or hydrostatic mounting of the inner conveying means on the centering element can be implemented in this way.
Die zweite Fluidleitstruktur kann insbesondere nach Art der ersten Fluidleitstruktur ausgebildet sein, wobei die zweite Fluidleitstruktur zur Erzeugung eines parallel zur Drehachse verlaufenden Spalts zwischen Zentrierelement und innerem Fördermittel vorgesehen ist. The second fluid conducting structure can in particular be designed in the manner of the first fluid conducting structure, the second fluid conducting structure being provided for generating a gap running parallel to the axis of rotation between the centering element and the inner conveying means.
Insbesondere weist das Gehäuse an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite des Rotors eine mit der Saugseite verbundene Saugleitung auf. Eine als Leckage zu bezeichnende Weiterleitung des Fluids aus der ersten Fluidleitstruktur erfolgt insbesondere über eine zweite äußere Umfangsfläche des Rotors hin zu der Saugleitung. Diese Leckage dient insbesondere zur Schmierung der einander gegenüberliegenden Oberflächen von Rotor und Gehäuse. In particular, on a second end face of the rotor arranged opposite the first end face, the housing has a suction line connected to the suction side. A transfer of the fluid from the first fluid guide structure, which can be described as leakage, takes place in particular via a second outer peripheral surface of the rotor to the suction line. This leakage serves in particular to lubricate the opposing surfaces of the rotor and housing.
Mit der Pumpenanordnung kann ein Fluid durch die Förderprofile ausgehend von der Saugleitung hin zur Druckleitung gefördert werden. Die zur Schmierung und Lagerung der Komponenten und zur Sicherstellung des Spalts verwendete Menge des Fluids kann zumindest teilweise (als Leckage) von der Druckseite über den Spalt hin zur Saugseite (zurück-)strömen. With the pump arrangement, a fluid can be conveyed through the conveying profiles, starting from the suction line to the pressure line. The amount used to lubricate and support the components and to ensure the gap of the fluid can flow (back) at least partially (as leakage) from the pressure side via the gap to the suction side.
Insbesondere wird das Fluid ausgehend von der Druckleitung über das Zentrierelement und über die zweite Fluidleitstruktur hin zur ersten Stirnseite des Rotors gefordert. Insbesondere wird das Fluid (dann, aber insbesondere nur als Leckage) entlang des Spalts zwischen erster Stirnseite und Stator und zumindest entlang der radialen Richtung über den Spalt hinweg nach außen gefordert. Das Fluid strömt (dann) über die zweite äußere Umfangsfläche des Rotors (also zwischen Gehäuse und Rotor) hin zur zweiten Stirnseite und zur dort angeordneten Saugseite. In particular, the fluid is conveyed, starting from the pressure line, via the centering element and via the second fluid-guiding structure to the first end face of the rotor. In particular, the fluid (then, but in particular only as a leak) is conveyed outwards along the gap between the first end face and the stator and at least along the radial direction across the gap. The fluid (then) flows via the second outer peripheral surface of the rotor (ie between the housing and the rotor) towards the second end face and to the suction side arranged there.
Insbesondere sind der Rotor und das äußere Fördermittel einteilig ausgeführt, bevorzugt einteilig, also zusammen, hergestellt. In particular, the rotor and the outer conveying means are designed in one piece, preferably in one piece, ie manufactured together.
Insbesondere sind zumindest im Betrieb der Pumpenanordnung rotierende Bauteile (Rotor, äußeres Fördermittel, inneres Fördermittel, der Pumpenanordnung gegenüber feststehenden Bauteilen (Gehäuse, Stator, Zentrierelement) der Pumpenanordnung kontaktfrei angeordnet. Insbesondere liegt zumindest im Betrieb der Pumpenanordnung kein mechanischer Kontakt zwischen rotierenden Bauteilen der Pumpenanordnung und feststehenden Bauteilen der Pumpenanordnung vor. In particular, at least during operation of the pump arrangement, rotating components (rotor, outer conveying means, inner conveying means, the pump arrangement relative to stationary components (housing, stator, centering element) of the pump arrangement are arranged without contact. In particular, at least during operation of the pump arrangement, there is no mechanical contact between rotating components of the pump arrangement and fixed components of the pump assembly.
Insbesondere laufen alle rotierenden Bauteile im Fluid. Insbesondere wird durch das Fluid ein Kontakt zwischen rotierenden Bauteilen der Pumpenanordnung und feststehenden Bauteilen der Pumpenanordnung verhindert bzw. eine kontaktfreie Anordnung gewährleistet. In particular, all rotating components run in the fluid. In particular, the fluid prevents contact between rotating components of the pump arrangement and stationary components of the pump arrangement, or ensures a non-contact arrangement.
Insbesondere können Toleranzen der ansonsten hochpräzise herzustellenden Bauteile aufgeweicht werden, so dass Kosten für die Herstellung der Pumpenanordnung reduziert werden können. Die sonst erforderliche Rechtwinkligkeit zwischen Drehachse und erster Stirnseite ist hier insbesondere mit geringerer Genauigkeit auszufuhren, da der Spalt zwischen Rotor und Gehäuse bzw. Stator über das Fluid gewährleistet wird. In particular, tolerances of the components that would otherwise have to be produced with high precision can be softened, so that costs for the production of the pump arrangement can be reduced. The perpendicularity otherwise required between the axis of rotation and the first end face is here in particular with less accuracy perform, since the gap between the rotor and housing or stator is guaranteed by the fluid.
Insbesondere sind bei dieser Pumpenanordnung die Parallelität der Stirnseiten des Rotors die verbliebenen wichtigen, sehr präzise auszuführenden Toleranzen. Diese können sehr viel kostengünstiger (z. B. durch Doppeldiskusschleifen) hergestellt werden. In particular, in this pump arrangement, the parallelism of the end faces of the rotor are the remaining important tolerances that have to be implemented very precisely. These can be produced much more cheaply (e.g. by double disc grinding).
Insbesondere ist zumindest der Rotor pulvermetallurgisch hergestellt. Insbesondere ist zumindest der Stator pulvermetallurgisch hergestellt. Insbesondere ist der Rotor auch sintertechnisch hergestellt. In particular, at least the rotor is manufactured using powder metallurgy. In particular, at least the stator is manufactured by powder metallurgy. In particular, the rotor is also manufactured by sintering.
Bevorzugt ist die Pumpe The pump is preferred
- eine Gerotorpumpe oder eine Innenzahnradpumpe (auch als Sichelpumpe bezeichnet) und das erste Förderprofil ist eine erste Verzahnung und das zweite Förderprofil eine zweite Verzahnung, wobei die Verzahnungen voneinander unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen; oder - A gerotor pump or an internal gear pump (also referred to as a sickle pump) and the first conveying profile is a first toothing and the second conveying profile is a second toothing, the toothings having different numbers of teeth from one another; or
- eine Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe; wobei eine erste Drehachse des Rotors und eine zweite Drehachse des inneren Fördermittels zueinander parallel und in der radialen Richtung voneinander beab- standet angeordnet sind. - a vane pump or roller pump; wherein a first axis of rotation of the rotor and a second axis of rotation of the inner conveyor are arranged parallel to each other and spaced apart from each other in the radial direction.
Insbesondere weist die Pumpenanordnung ausschließlich statische Dichtungen auf, also Dichtungen, die nur zwischen drehfest angeordneten Komponenten angeordnet sind. Damit kann eine sichere und dauerhafte Abdichtung durch ausschließlich statische Dichtungen gewährleistet werden. In particular, the pump arrangement has exclusively static seals, that is to say seals which are only arranged between components which are arranged in a rotationally fixed manner. In this way, a secure and permanent seal can be guaranteed using exclusively static seals.
Die Pumpenanordnung weist insbesondere die folgenden Betriebsparameter auf: In particular, the pump arrangement has the following operating parameters:
- Nennleistungsaufnahme in Watt: von 0 bis 2.000; bevorzugt von 50 bis 200; - Rated power consumption in watts: from 0 to 2,000; preferably from 50 to 200;
- Nominaler maximaler Betriebsdruck in bar: von 0 bis 100; bevorzugt von 4 bis 12; - Nominal maximum working pressure in bar: from 0 to 100; preferably from 4 to 12;
- Volumenleistung in Litern pro Minute: von 0 bis 50; bevorzugt von 3 bis 12; - Flow rate in liters per minute: from 0 to 50; preferably from 3 to 12;
- Drehzahl des Rotors in Umdrehungen pro Minute: von 0 bis 7.000; bevorzugt von 1.000 bis 4.000. - Rotor speed in revolutions per minute: from 0 to 7,000; preferably from 1,000 to 4,000.
Der Spalt zwischen der ersten Stirnseite des Rotors (insbesondere nicht im Bereich der Magnete) und dem Gehäuse bzw. dem Stator, also insbesondere der das Gleitlager bildende Spalt bzw. der durch die erste Fluidleitstruktur gebildete Spalt, beträgt im Betrieb der Pumpenanordnung insbesondere mindestens 0,003 Millimeter, bevorzugt höchstens 0,1 Millimeter, besonders bevorzugt höchstens 0,05 Millimeter oder sogar höchstens 0,01 Millimeter. The gap between the first end face of the rotor (in particular not in the area of the magnets) and the housing or the stator, i.e. in particular the gap forming the sliding bearing or the gap formed by the first fluid conducting structure, is in particular at least 0.003 millimeters during operation of the pump arrangement , preferably at most 0.1 millimeters, particularly preferably at most 0.05 millimeters or even at most 0.01 millimeters.
Insbesondere beträgt der Spalt zwischen den Magneten und dem Gehäuse bzw. dem Stator mindestens 0,2 Millimeter, bevorzugt mindestens 0,3 Millimeter. Bevorzugt beträgt der Spalt in diesem Bereich höchstens 1,5 mm, besonders bevorzugt höchstens 1,0 mm, insbesondere 0,3 bis 0,7 mm Millimeter. In particular, the gap between the magnets and the housing or the stator is at least 0.2 millimeters, preferably at least 0.3 millimeters. The gap in this area is preferably at most 1.5 mm, particularly preferably at most 1.0 mm, in particular 0.3 to 0.7 mm.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingefuhrte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können. The use of indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral. Correspondingly introduced terms or components are to be understood in such a way that they are present at least once and, in particular, can also be present several times.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit em Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend. As a precaution, it should be noted that the numerals used here (“first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be required, this is explicitly stated here or it is obvious to the Specialist in studying the specific configuration described. If a component can occur several times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen: The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. It should be pointed out that the invention should not be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be pointed out that the figures and in particular the proportions shown are only schematic. Show it:
Fig. 1 : eine Pumpenanordnung in einer Explosionsdarstellung, in perspektivischer Ansicht; Fig. 1: a pump assembly in an exploded view, in a perspective view;
Fig. 2: eine Pumpenanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt mit einerFig. 2: a pump assembly in a side view in section with a
Darstellung des Strömungsverlaufs des Fluids von einer Druckseite zu einer Saugseite; Representation of the flow of the fluid from a pressure side to a suction side;
Fig. 3: die Pumpenanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt mit demFig. 3: the pump assembly in a side view in section with the
Strömungsverlauf von der Druckseite zur ersten Stirnseite; Flow path from the pressure side to the first end face;
Fig. 4: einen Teil der Pumpenanordnung in einer perspektivischen Ansicht mit einem Teil des Strömungsverlaufs nach Fig. 3; FIG. 4: a part of the pump arrangement in a perspective view with part of the flow pattern according to FIG. 3;
Fig. 5: einen Teil der Pumpenanordnung in einer perspektivischen Ansicht mit einem weiteren Teil des Strömungsverlaufs nach Fig. 3, der sich an den Strömungsverlauf nach Fig. 4 anschließt; Fig. 6: einen Teil der Pumpenanordnung nach Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht; FIG. 5: a part of the pump arrangement in a perspective view with a further part of the flow pattern according to FIG. 3, which follows the flow pattern according to FIG. 4; FIG. 6: a part of the pump arrangement according to FIG. 3 in a perspective view;
Fig. 7: einen Teil der Pumpenanordnung in einer perspektivischen Ansicht mit dem Teil des Strömungsverlaufs nach Fig. 3 sowie einem weiteren Teil des Strömungsverlaufs, der sich an den Strömungsverlauf nach Fig. 5 anschließt; und FIG. 7: a part of the pump arrangement in a perspective view with the part of the flow pattern according to FIG. 3 and a further part of the flow pattern which follows the flow pattern according to FIG. 5; and
Fig. 8: die Pumpenanordnung nach Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt. FIG. 8: the pump arrangement according to FIG. 2 in a perspective view in section.
Die Fig. 1 zeigt eine Pumpenanordnung 1 in einer Explosionsdarstellung, in perspektivischer Ansicht. Fig. 2 zeigt eine Pumpenanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt mit einer Darstellung des Strömungsverlaufs 34 des Fluids 18 von einer Druckseite 3 zu einer Saugseite 4. Fig. 3 zeigt die Pumpenanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt mit dem Strömungsverlauf 34 von der Druckseite 3 zur ersten Stirnseite 9. Fig. 4 zeigt einen Teil der Pumpenanordnung 1 in einer perspektivischen Ansicht mit einem Teil des Strömungsverlaufs 34 nach Fig. 3. Fig. 5 zeigt einen Teil der Pumpenanordnung 1 in einer perspektivischen Ansicht mit einem weiteren Teil des Strömungsverlaufs 34 nach Fig. 3, der sich an den Strömungsverlauf 34 nach Fig. 4 anschließt. Fig. 6 zeigt einen Teil der Pumpenanordnung 1 nach Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht. Fig. 7 zeigt einen Teil der Pumpenanordnung 1 in einer perspektivischen Ansicht mit dem Teil des Strömungsverlaufs 34 nach Fig. 3 sowie einem weiteren Teil des Strömungsverlaufs 34, der sich an den Strömungsverlauf 34 nach Fig. 5 anschließt. Fig. 8 zeigt die Pumpenanordnung 1 nach Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht im Schnitt. Die Fig. 1 bis 8 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. 1 shows a pump assembly 1 in an exploded view, in a perspective view. Fig. 2 shows a pump arrangement 1 in a side view in section with an illustration of the flow path 34 of the fluid 18 from a pressure side 3 to a suction side 4. Fig. 3 shows the pump arrangement 1 in a side view in section with the flow path 34 from the pressure side 3 to the first end face 9. Fig. 4 shows a part of the pump assembly 1 in a perspective view with a part of the flow pattern 34 according to Fig. 3. Fig. 5 shows a part of the pump assembly 1 in a perspective view with a further part of the flow pattern 34 after 3, which follows the course of flow 34 according to FIG. FIG. 6 shows part of the pump arrangement 1 according to FIG. 3 in a perspective view. FIG. 7 shows a part of the pump arrangement 1 in a perspective view with the part of the flow path 34 according to FIG. 3 and a further part of the flow path 34 which follows the flow path 34 according to FIG. FIG. 8 shows the pump arrangement 1 according to FIG. 2 in a perspective view in section. 1 to 8 are described together below.
Die Fig. 1 und 3 bis 8 sind nur in Bezug auf den Rotor 8, das äußere Fördermittel 11 sowie das innere Fördermittel 15 nicht erfindungsgemäß dargestellt. Dort wird der Rotor 8 als aus zwei Bauteilen bestehende Baugruppe dargestellt. Die Förder- profile 13, 17 der Fördermittel 11, 15 erstrecken sich nicht bis hm zur ersten Stirnfläche 9 sondern über eine geringere Breite 23 als der Rotor 8. 1 and 3 to 8 are not shown according to the invention only in relation to the rotor 8, the outer conveyor 11 and the inner conveyor 15. There, the rotor 8 is shown as an assembly consisting of two components. The funding Profiles 13, 17 of the conveying means 11, 15 do not extend as far as the first end face 9 but over a smaller width 23 than the rotor 8.
Die Pumpenanordnung 1 umfasst eine Pumpe 2 mit einer Druckseite 3 und einer Saugseite 4 und eine Antriebseinheit 5 für die Pumpe 2, die in einem gemeinsamen Gehäuse 6 angeordnet sind. Die Antriebseinheit 5 ist ein Axialfluss- Elektroantrieb, der genau einen, mit dem Gehäuse 6 drehfest verbundenen Stator 7 sowie genau einen, gegenüber dem Gehäuse 6 drehbar angeordneten Rotor 8 umfasst. Der Rotor 8 ist mit einer ersten Stirnseite 9 dem Stator 7 entlang einer axialen Richtung 10 gegenüberliegend angeordnet und bildet ein äußeres Fördermittel 11 der Pumpe 2. Das äußere Fördermittel 11 weist an einer Innenumfangsfläche 12 ein erstes Förderprofil 13 auf. In einer radialen Richtung 14 innerhalb des Rotors 8 ist ein inneres Fördermittel 15 der Pumpe 2 angeordnet, das an einer Außenumfangsfläche 16 ein zweites Förderprofil 17 aufweist, das mit dem ersten Förderprofil 13 zur Förderung eines Fluids 18 zusammenwirkt. Das innere Fördermittel 15 ist auf einem mit dem Gehäuse 6 drehfest verbundenem Zentrierelement 19 gelagert. Der Rotor 8 und das äußere Fördermittel 11 sind ausschließlich über das durch die Pumpe 2 geförderte Fluid 18 gegenüber anderen Komponenten der Pumpenanordnung 1 drehbar gelagert. Zwischen der ersten Stirnseite 9 und dem Stator 7 ist eine erste Fluidleitstruktur 20 angeordnet und mit der Druckseite 3 verbunden, so dass im Betrieb des Elektroantriebs ein Spalt 21 zwischen der ersten Stirnseite 9 und dem Stator 7 durch das Fluid 18 herstellbar ist. The pump arrangement 1 comprises a pump 2 with a pressure side 3 and a suction side 4 and a drive unit 5 for the pump 2, which are arranged in a common housing 6. The drive unit 5 is an axial flow electric drive, which includes precisely one stator 7 connected in a torque-proof manner to the housing 6 and precisely one rotor 8 arranged to be rotatable with respect to the housing 6 . The rotor 8 is arranged with a first end face 9 opposite the stator 7 along an axial direction 10 and forms an outer conveying means 11 of the pump 2 . The outer conveying means 11 has a first conveying profile 13 on an inner peripheral surface 12 . An inner conveying means 15 of the pump 2 is arranged in a radial direction 14 inside the rotor 8 and has a second conveying profile 17 on an outer peripheral surface 16 which interacts with the first conveying profile 13 for conveying a fluid 18 . The inner conveying means 15 is mounted on a centering element 19 which is non-rotatably connected to the housing 6 . The rotor 8 and the outer conveying means 11 are rotatably mounted relative to other components of the pump arrangement 1 exclusively via the fluid 18 conveyed by the pump 2 . A first fluid guide structure 20 is arranged between the first end face 9 and the stator 7 and is connected to the pressure side 3 so that a gap 21 can be created between the first end face 9 and the stator 7 through the fluid 18 during operation of the electric drive.
Die Spulenanordnung des Stators 7 weist Kerne 32, z. B. aus SMC auf, die von stromführenden Wicklungen 31 umfasst sind. The coil assembly of the stator 7 has cores 32, e.g. B. from SMC, which are comprised of current-carrying windings 31.
Der Rotor 8 des elektrischen Antriebs weist Magnete 33 auf. Kerne 32 und Wicklungen 31 sind gegenüber den Magneten 33 durch den Spalt 21 beabstandet angeordnet. Der Rotor 8 weist an der Innenumfangsfläche 12 em erstes Förderprofil 13 (hier eine erste Verzahnung) auf, über die das innere Fördermittel 15 mit dem, an der Außenumfangsfläche 16 des inneren Fördermittels 15 angeordneten zweiten Förderprofil 17 (hier eine zweiten Verzahnung) zur Förderung des Fluids 18 zusammenwirkt. Bei der Ausbildung der Förderprofile 13, 17 als Verzahnungen wird das innere Fördermittel 15 über das äußere Fördermittel 11 angetrieben. Eine erste Drehachse 29 des Rotors 8 (und des äußeren Fördermittels 11) und eine zweite Drehachse 30 des inneren Fördermittels 15 sind zueinander parallel und in der radialen Richtung 14 voneinander beabstandet angeordnet. Die Pumpe 2 ist als Gerotorpumpe ausgeführt. The rotor 8 of the electric drive has magnets 33 . Cores 32 and windings 31 are spaced apart from magnets 33 by gap 21 . The rotor 8 has a first conveying profile 13 (here a first toothing) on the inner peripheral surface 12, via which the inner conveying means 15 and the second conveying profile 17 (here a second toothing) arranged on the outer peripheral surface 16 of the inner conveying means 15 for conveying the Fluid 18 interacts. When the conveying profiles 13, 17 are formed as toothings, the inner conveying means 15 is driven via the outer conveying means 11. A first axis of rotation 29 of the rotor 8 (and of the outer conveying means 11) and a second axis of rotation 30 of the inner conveying means 15 are arranged parallel to one another and spaced apart from one another in the radial direction 14 . Pump 2 is designed as a gerotor pump.
Im Betrieb des Axialfluss-Elektroantriebs treten Kräfte in der axialen Richtung 10 auf, die eine Anziehung des Rotors 8 entlang der axialen Richtung 10 hin zum Stator 7 bewirken. Durch die zwischen der ersten Stirnseite 9 und dem Stator 7 angeordnete erste Fluidleitstruktur 20, die mit der Druckseite 3 verbunden ist, wird im Betrieb des Elektroantriebs ein Spalt 21 zwischen der ersten Stirnseite 9 und dem Stator 7 durch das Fluid 18 eingestellt. Der durch die Pumpenanordnung 1 auf der Druckseite 3 eingestellte Druck des Fluids 18 wird hier dafür verwendet, den Abstand entlang der axialen Richtung 10 zwischen der ersten Stirnseite 9 und dem Stator 7 bzw. dem Gehäuse 6 einzustellen und aufrechtzuerhalten. During operation of the axial flux electric drive, forces occur in the axial direction 10 which cause the rotor 8 to be attracted along the axial direction 10 towards the stator 7 . A gap 21 is set between the first end face 9 and the stator 7 by the fluid 18 during operation of the electric drive by the first fluid guide structure 20 which is arranged between the first end face 9 and the stator 7 and is connected to the pressure side 3 . The pressure of the fluid 18 set by the pump arrangement 1 on the pressure side 3 is used here to set and maintain the distance along the axial direction 10 between the first end face 9 and the stator 7 or the housing 6 .
Der Rotor 8 erstreckt sich zwischen einer dem Stator 7 zugewandten ersten Stirnseite 9 und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite 22 entlang der axialen Richtung 10 über eine Breite 23, wobei sich das erste Förderprofil 13 und das zweite Förderprofil 17 jeweils über die gleiche Breite 23 erstrecken, die gemäß Fig. 2 sich erfmdungsgemäß über die Breite 23 des Rotors 8 erstrecken und gemäß Fig. 1 und Fig. 3 bis 8 (nicht erfmdungsgemäß) nur über einen Teil der Breite 23 des Rotors 8. The rotor 8 extends between a first end face 9 facing the stator 7 and an oppositely arranged second end face 22 along the axial direction 10 over a width 23, with the first conveying profile 13 and the second conveying profile 17 each extending over the same width 23, which according to FIG. 2 extend over the width 23 of the rotor 8 according to the invention and according to FIG. 1 and FIGS. 3 to 8 (not according to the invention) only over part of the width 23 of the rotor 8.
Das Gehäuse 6 weist an einer der ersten Stirnseite 9 gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite 22 des Rotors 8 eine mit der Druckseite 3 verbundene Druckleitung 24 (siehe Fig. 4) auf, wobei die erste Fluidleitstruktur 20 über das Zentrierelement 19 und/oder über die Förderprofile 13, 17 (siehe Fig. 2, links der Drehachsen 29, 30: Verbindung zwischen Druckleitung 24 und erster Fluidleitstruktur 20 auch ausschließlich über Förderprofile 13, 17) mit der Druckleitung 24 verbunden ist. The housing 6 has a second end face 22 of the rotor 8 arranged opposite the first end face 9 and connected to the pressure side 3 Pressure line 24 (see Fig. 4), the first fluid guide structure 20 via the centering element 19 and/or via the conveying profiles 13, 17 (see Fig. 2, to the left of the axes of rotation 29, 30: connection between the pressure line 24 and the first fluid guide structure 20 also is connected to the pressure line 24 exclusively via conveyor profiles 13, 17).
Das Fluid 18 wird ausgehend von der Druckleitung 24 über das ZentrierelementThe fluid 18 is starting from the pressure line 24 via the centering
19 und/oder die Förderprofile 13, 17 hin zur ersten Fluidleitstruktur 20 entlang eines Strömungsverlaufs 34 befördert (siehe Fig. 2 bis 8). 19 and/or the conveying profiles 13, 17 are conveyed towards the first fluid guide structure 20 along a flow path 34 (see FIGS. 2 to 8).
Das innere Fördermittel 15 ist auf einer ersten äußeren Umfangsfläche 25 des Zentrierelements 19 drehbar gelagert, wobei eine zweite Fluidleitstruktur 26 zur Verbindung der Druckleitung 24 mit der ersten Fluidleitstruktur 20 auf der ersten äußeren Umfangsfläche 25 ausgebildet ist. The inner conveying means 15 is rotatably mounted on a first outer peripheral surface 25 of the centering element 19 , a second fluid conducting structure 26 for connecting the pressure line 24 to the first fluid conducting structure 20 being formed on the first outer peripheral surface 25 .
Das Gehäuse 6 weist an einer der ersten Stirnseite 9 gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite 22 des Rotors 8 eine mit der Saugseite 4 verbundene Saugleitung 27 auf, wobei eine Leckage des Fluids aus der ersten FluidleitstrukturThe housing 6 has, on a second end face 22 of the rotor 8 arranged opposite the first end face 9, a suction line 27 connected to the suction side 4, leakage of the fluid from the first fluid conduction structure
20 über eine zweite äußere Umfangsfläche 28 des Rotors 8 hin zu der Saugleitung 27 erfolgt. 20 takes place via a second outer peripheral surface 28 of the rotor 8 towards the suction line 27 .
Das Fluid 18 wird ausgehend von der Druckleitung 24 über das Zentrierelement 19 und über die zweite Fluidleitstruktur 26 und ggf. über die Förderprofile 13, 17 hin zur ersten Stirnseite 9 des Rotors 8 gefordert (siehe Fig. 2 bis 8). Dann wird das Fluid 18 entlang des Spalts 21 zwischen erster Stirnseite 9 und Stator 7 und zumindest entlang der radialen Richtung 14 durch den Spalt 21 und als Leckage über den Spalt 21 hinweg nach außen gefordert (siehe Fig. 2, 3, 7 und 8). Das Fluid 18 strömt als Leckage dann über die zweite äußere Umfangsfläche 28 des Rotors 8 (also zwischen Gehäuse 6 und Rotor 8) hin zur zweiten Stirnseite 22 und zur dort angeordneten Saugseite 4 (siehe Fig. 2 und Fig. 8). Die in Fig. 2 dargestellten Bauteile Rotor 8 und äußeres Fördermittel 11 sind zusammen einteilig und damit erfindungsgemäß ausgeführt. The fluid 18 is conveyed from the pressure line 24 via the centering element 19 and via the second fluid guide structure 26 and possibly via the conveying profiles 13, 17 to the first end face 9 of the rotor 8 (see FIGS. 2 to 8). Then the fluid 18 is forced along the gap 21 between the first end face 9 and the stator 7 and at least along the radial direction 14 through the gap 21 and as a leakage across the gap 21 to the outside (see Fig. 2, 3, 7 and 8) . The fluid 18 then flows as a leak over the second outer peripheral surface 28 of the rotor 8 (ie between the housing 6 and the rotor 8) towards the second end face 22 and the suction side 4 arranged there (see FIGS. 2 and 8). The components shown in Fig. 2 rotor 8 and outer conveyor 11 are together in one piece and thus designed according to the invention.
In den übrigen, nur diesbezüglich nicht erfindungsgemäßen, Fig. 1 und 3 bis 8 umfasst der Rotor 8 zwei Bauteile, die über gegenüber einer Umfangsrichtung 35 formschlüssig wirkende Verbindung miteinander verbunden sind. Das eine Bauteil des Rotors 8 bildet die erste Stirnseite 9 und umfasst die Magneten 33, das andere Bauteil umfasst das äußere Fördermittel 11. Zumindest im Betrieb der Pumpenanordnung 1 sind rotierende Bauteile (Rotor 8, umfassend das äußere Fördermittel 11, inneres Fördermittel 15) der Pumpenanordnung 1 gegenüber feststehenden Bauteilen (Gehäuse 6, Stator 7, Zentrierelement 19) der Pumpenanordnung 1 kontaktff ei angeordnet. Alle rotierenden Bauteile werden damit im Fluid 18 bewegt. Durch das Fluid 18 wird ein Kontakt zwi- sehen rotierenden Bauteilen der Pumpenanordnung 1 und feststehenden Bauteilen der Pumpenanordnung 1 verhindert bzw. eine kontaktfreie Anordnung gewährleistet. In the remaining FIGS. 1 and 3 to 8 , which are not according to the invention only in this respect, the rotor 8 comprises two components which are connected to one another via a connection which acts in a form-fitting manner in relation to a circumferential direction 35 . One component of the rotor 8 forms the first end face 9 and includes the magnets 33, the other component includes the outer conveyor 11. At least when the pump assembly 1 is in operation, rotating components (rotor 8, comprising the outer conveyor 11, inner conveyor 15) are the Pump assembly 1 relative to fixed components (housing 6, stator 7, centering element 19) of the pump assembly 1 kontaktff ei arranged. All rotating components are thus moved in the fluid 18 . The fluid 18 prevents contact between see rotating components of the pump arrangement 1 and stationary components of the pump arrangement 1 or ensures a non-contact arrangement.
Bezugszeichenhste reference number
1 Pumpenanordnung 1 pump arrangement
2 Pumpe 2 pump
3 Druckseite 3 print side
4 Saugseite 4 suction side
5 Antriebseinheit 5 drive unit
6 Gehäuse 6 housing
7 Stator 7 stator
8 Rotor 8 rotors
9 erste Stirnseite 9 first face
10 axiale Richtung 10 axial direction
11 äußeres Fördermittel 11 outside funding
12 Innenumfangsfläche 12 inner peripheral surface
13 erstes F örderprofil 13 first conveyor profile
14 radiale Richtung 14 radial direction
15 inneres F ördermittel 15 internal funding
16 Außenumfangsfläche 16 outer peripheral surface
17 zweites F örderprofil 17 second conveyor profile
18 Fluid 18 fluids
19 Zentrierelement 19 centering element
20 erste Fluidleitstruktur 20 first fluid guide structure
21 Spalt 21 column
22 zweite Stirnseite 22 second face
23 Breite 23 width
24 Druckleitung 24 pressure line
25 erste äußere Umfangsfläche 25 first outer peripheral surface
26 zweite Fluidleitstruktur 26 second fluid guide structure
27 Saugleitung 27 suction line
28 zweite äußere Umfangsfläche 29 erste Drehachse28 second outer peripheral surface 29 first axis of rotation
30 zweite Drehachse30 second axis of rotation
31 Wicklung 31 winding
32 Kem 33 Magnet 32 core 33 magnet
34 Strömungsverlauf34 flow pattern
35 Umfangsrichtung 35 circumferential direction

Claims

Patentansprüche Pumpenanordnung (1), zumindest umfassend eine Pumpe (2) mit einer Druckseite (3) und einer Saugseite (4) und eine Antriebseinheit (5) für die Pumpe (2), die in einem gemeinsamen Gehäuse (6) angeordnet sind, wobei die Antriebseinheit (5) ein Axialfluss-Elektroantrieb ist, der einen, mit dem Gehäuse (6) drehfest verbundenen Stator (7) sowie einen, gegenüber dem Gehäuse (6) drehbar angeordneten Rotor (8) umfasst, wobei der Rotor (8) mit einer ersten Stirnseite (9) dem Stator (7) entlang einer axialen Richtung (10) gegenüberliegend angeordnet ist und ein äußeres Fördermittel (11) der Pumpe (2) bildet und an einer Innenumfangsfläche (12) ein erstes Förderprofil (13) aufweist, wobei in einer radialen Richtung (14) innerhalb des Rotors (8) ein inneres Fördermittel (15) der Pumpe (2) angeordnet ist, das an einer Außenumfangsfläche (16) ein zweites Förderprofil (17) aufweist, das mit dem ersten Förderprofil (13) zur Förderung eines Fluids (18) zusammenwirkt; wobei das innere Fördermittel (15) auf einem mit dem GehäusePatent claims Pump arrangement (1), at least comprising a pump (2) with a pressure side (3) and a suction side (4) and a drive unit (5) for the pump (2), which are arranged in a common housing (6), wherein the drive unit (5) is an axial flow electric drive, which comprises a stator (7) non-rotatably connected to the housing (6) and a rotor (8) arranged rotatably relative to the housing (6), the rotor (8) having is arranged opposite the stator (7) along an axial direction (10) on a first end face (9) and forms an outer conveying means (11) of the pump (2) and has a first conveying profile (13) on an inner peripheral surface (12), wherein An inner conveying means (15) of the pump (2) is arranged in a radial direction (14) inside the rotor (8) and has a second conveying profile (17) on an outer peripheral surface (16) which is connected to the first conveying profile (13). cooperates to convey a fluid (18); the inner conveyor (15) being integral with the housing
(6) drehfest verbundenem Zentrierelement (19) gelagert ist; wobei zumindest der Rotor (8) und das äußere Fördermittel (11) dazu eingerichtet sind ausschließlich über das durch die Pumpe (6) non-rotatably connected centering element (19); at least the rotor (8) and the outer conveying means (11) being arranged to do so exclusively via the pump
(2) geförderte Fluid (18) gelagert zu sein; wobei zumindest zwischen der ersten Stirnseite (9) und dem Stator(2) produced fluid (18) to be stored; at least between the first end face (9) and the stator
(7) eine erste Fluidleitstruktur (20) angeordnet und mit der Druckseite (3) verbunden ist, so dass im Betrieb des Elektroantriebs ein Spalt (21) zwischen der ersten Stirnseite (9) und dem Stator (7) durch das Fluid (18) herstellbar ist. Pumpenanordnung (1) nach Patentanspruch 1, wobei sich der Rotor (8) zwischen der dem Stator (7) zugewandten ersten Stirnseite (9) und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite (22) entlang der axialen Richtung (10) über eine Breite (23) erstreckt, wobei sich das erste Förderprofil (13) und das zweite Förderprofil (17) jeweils über die Breite (23) erstrecken. (7) a first fluid guide structure (20) is arranged and connected to the pressure side (3), so that during operation of the electric drive a gap (21) between the first end face (9) and the stator (7) through the fluid (18) is producible. Pump arrangement (1) according to claim 1, wherein the rotor (8) extends between the first end face (9) facing the stator (7) and an oppositely arranged second end face (22) along the axial direction (10) over a width (23) extends, the first conveying profile (13) and the second conveying profile (17) each extending across the width (23).
3. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das zweite Förderprofil (17) mit dem ersten Förderprofil (13) zum Antrieb des inneren Fördermittels (15) zusammenwirkt, wobei das innere Fördermittel (15) auf dem Zentrierelement (19) drehbar gelagert ist; wobei auch das innere Fördermittel (15) ausschließlich über das durch die Pumpe3. Pump arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the second conveying profile (17) interacts with the first conveying profile (13) to drive the inner conveying means (15), the inner conveying means (15) being rotatable on the centering element (19). is stored; whereby the inner funding (15) exclusively through the pump
(2) geförderte Fluid (18) gelagert ist. (2) funded fluid (18) is stored.
4. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Gehäuse (6) an einer der ersten Stirnseite (9) gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite (22) des Rotors (8) eine mit der Druckseite4. Pump assembly (1) according to any one of the preceding claims, wherein the housing (6) on one of the first end face (9) oppositely arranged second end face (22) of the rotor (8) with the pressure side
(3) verbundene Druckleitung (24) aufweist, wobei die erste Fluidleitstruktur (20) über das Zentrierelement (19) mit der Druckleitung (24) verbunden ist. (3) has a connected pressure line (24), the first fluid guide structure (20) being connected to the pressure line (24) via the centering element (19).
5. Pumpenanordnung (1) nach Patentanspruch 4, wobei das innere Fördermittel (15) auf einer ersten äußeren Umfangsfläche (25) des Zentrierelements (19) drehbar gelagert ist, wobei eine zweite Fluidleitstruktur (26) zur Verbindung der Druckleitung (24) mit der ersten Fluidleitstruktur (20) zumindest teilweise auf der ersten äußeren Umfangsfläche (25) ausgebildet ist. 5. Pump arrangement (1) according to claim 4, wherein the inner conveying means (15) is rotatably mounted on a first outer peripheral surface (25) of the centering element (19), wherein a second fluid guide structure (26) for connecting the pressure line (24) to the first fluid guide structure (20) is formed at least partially on the first outer peripheral surface (25).
6. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Gehäuse (6) an einer der ersten Stirnseite (9) gegenüberliegend angeordneten zweiten Stirnseite (22) des Rotors (8) eine mit der Saugseite6. Pump arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein the housing (6) on one of the first end face (9) arranged opposite the second end face (22) of the rotor (8) with the suction side
(4) verbundene Saugleitung (27) aufweist, wobei eine Leckage des Fluids aus der ersten Fluidleitstruktur (20) über eine zweite äußere Umfangsfläche (28) des Rotors (8) hin zu der Saugleitung (27) erfolgt. (4) has a connected suction line (27), with leakage of the fluid from the first fluid guide structure (20) via a second outer peripheral surface (28) of the rotor (8) towards the suction line (27).
7. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Rotor (8) und das äußere Fördermittel (11) einteilig ausgeführt sind. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest im Betrieb der Pumpenanordnung (1) rotierende Bauteile (8, 11, 15) der Pumpenanordnung (1) gegenüber feststehenden Bauteilen (6, 7, 19) der Pumpenanordnung (1) kontaktfrei angeordnet sind. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest der Rotor (8) pulvermetallurgisch hergestellt ist. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Pumpe (2) eine Gerotorpumpe oder eine Innenzahnradpumpe ist und das erste Förderprofil (13) eine erste Verzahnung und das zweite Förderprofil (17) eine zweite Verzahnung ist, wobei die Verzahnungen voneinander unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen; oder - eine Flügelzellen oder Rollenzellenpumpe ist; und wobei eine erste Drehachse (29) des Rotors (8) und eine zweite Drehachse (30) des inneren Fördermittels (15) zueinander parallel und in der radialen Richtung (14) voneinander beabstandet angeordnet sind. 7. Pump arrangement (1) according to any one of the preceding claims, wherein the rotor (8) and the outer conveying means (11) are made in one piece. Pump arrangement (1) according to one of the preceding claims, wherein rotating components (8, 11, 15) of the pump arrangement (1) are arranged without contact with respect to stationary components (6, 7, 19) of the pump arrangement (1), at least during operation of the pump arrangement (1). are. Pump arrangement (1) according to one of the preceding patent claims, wherein at least the rotor (8) is produced by powder metallurgy. Pump arrangement (1) according to one of the preceding patent claims, wherein the pump (2) is a gerotor pump or an internal gear pump and the first delivery profile (13) is a first toothing and the second delivery profile (17) is a second toothing, the toothings having different numbers of teeth from one another exhibit; or - is a vane cell or roller cell pump; and wherein a first axis of rotation (29) of the rotor (8) and a second axis of rotation (30) of the inner conveyor (15) are arranged parallel to one another and spaced apart from one another in the radial direction (14).
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