Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
GEROTOR PUMP AND METHOD FOR PRODUCING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/121102
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a gerotor pump (10), comprising an inner gerotor (1) and an outer gerotor (2) and an electric motor (11) in a pump housing (20), the outer gerotor (2) being formed integrally with the rotor (18) of the electric motor (11), magnets (4) being integrated in the outer gerotor (2), and the rotor (18) being rotably mounted on a shaft (5), which is fastened on one side to a housing (8) or a housing bottom (14) of the pump housing (20).

Inventors:
HINRICHS, Jan (Kleegartenstr. 34, Friedrichsdorf, 61381, DE)
SCHÄFER, Tilo (Im Bangert 15, Daubach, 55566, DE)
DENFELD, Bernd (Götzenmühlweg 11A, Bad Homburg, 61350, DE)
Application Number:
EP2018/084164
Publication Date:
June 27, 2019
Filing Date:
December 10, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
MAGNA POWERTRAIN BAD HOMBURG GMBH (Georg-Schaeffler-Straße 3, Bad Homburg, 61352, DE)
International Classes:
F04C11/00; F01C21/10; F04C2/10; F04C15/00
Domestic Patent References:
WO2016174164A12016-11-03
Foreign References:
DE102009028154A12011-02-03
JPS6081489A1985-05-09
DE10248933C12003-12-11
DE102015010728A12017-02-23
JP2001193667A2001-07-17
DE102014226002A12016-06-16
DE102010041237A12012-03-29
DE102011005304A12012-03-29
US20070231176A12007-10-04
Download PDF:
Claims:
Ansprüche

1. Gerotorpumpe (10) mit einem inneren Gerotor (1 ) und einem äußeren Gerotor (2) und einem Elektromotor (11 ) in einem Pumpengehäuse (20), dadurch gekenn- zeichnet, dass der äußere Gerotor (2) einteilig mit dem Rotor (18) des Elektromo- tors (11 ) ausgebildet ist, wobei in dem äußere Gerotor (2) Magnete (4) integriert sind und der Rotor (18) an einer, an einem Gehäuse (8) oder einem Gehäusebo- den (14) des Pumpengehäuses (20) einseitig festgelegten Welle (5) drehbar gela- gert ist, wobei der Rotor (18) am Wellenstumpf der Welle (5) mit einer Lagerung (25) befestigt ist.

2. Gerotorpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) ein Gehäuse einer Kupplung oder eines Getriebes oder einer Antriebsma- schine ist.

3. Gerotorpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ge- häuse (8) metallisch ist.

4. Gerotorpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge- häuseboden (14) ein Kunststoffbauteil ist und Versteifungen (12) aufweist.

5. Gerotorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Pumpengehäuse (20) einen glockenförmigen Gehäusedeckel (13) aufweist, der mindestens einen Stator (6) enthält.

6. Gerotorpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) mit Wicklungen (7) mit Kunststoff vergossen ist und den Gehäusedeckel (13) bil- det.

7. Gerotorpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der glo- ckenförmigen Gehäusedeckel (13) einen Innendurchmesser aufweist, der dem Au- ßendurchmesser des Rotors (18) und einen Luftspalt entspricht.

8. Gerotorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der glockenförmigen Gehäusedeckel (13) über Dichtungen (16) an dem Gehäuse (8) oder dem Gehäuseboden (14) angepresst befestigt ist.

9. Gerotorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der der glockenförmigen Gehäusedeckel (13) mit einem Bajonett- verschluss befestigbar ist.

10. Verfahren zum Herstellen einer Gerotorpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit den Schritten:

• Befestigen einer Welle (5) einseitig an einem Gehäuse (8) oder einem Ge- häuseboden (14) eines Pumpengehäuses (20),

• Aufsetzen eines inneren Gerotors (1 ) auf die Welle (5),

• Aufsetzen eines äußeren Gerotors (2) als Rotor (18) auf die Welle (5),

• Verpressen oder Verspannen des Lagerrings mit der Welle,

• Überstülpen eines glockenförmigen Gehäusedeckels (13),

• Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse (8) oder dem Gehäuse- boden (14) des Pumpengehäuses (20).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebau- teile aus Kunststoff sind und mit Bajonettverbindungen (17) verbunden werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Ge- häusedeckel mindestens einen Stator enthält, der vollständig mit Kunststoff um- gossen oder umspritzt wird.

Description:
Gerotorpumpe und Verfahren zur Herstellung einer solchen

Die Erfindung betrifft eine Gerotorpumpe mit einem inneren Gerotor und einem äu- ßeren Gerotor und einem Elektromotor in einem Pumpengehäuse, wobei der äu- ßere Gerotor einteilig mit dem Rotor des Elektromotors ausgebildet ist, wobei in dem äußere Gerotor Magnete integriert sind.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Gerotorpumpe.

Stand der Technik

Verdrängerpumpen und insbesondere Gerotorpumpen sind üblicherweise von ei- ner Welle angetrieben, die von einem elektrischen oder mechanischen Antrieb in Rotation versetzt wird.

Diese Pumpen werden für die verschiedensten technischen Anwendungen zum Fördern eines Fluids eingesetzt. Beispielsweise dienen Kraftstoffpumpen zum För- dern von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor. Weiterhin werden Gerotorpum- pen in hydraulischen Kreisen zur Kupplungsaktuierung verbaut oder dienen als Pumpen im Kühlkreislauf. Der Elektromotor der Pumpe umfasst einen Stator so- wie einen Rotor mit Permanentmagneten.

Dabei sind der Elektromotor und die Pumpe innerhalb eines Gehäuses angeord- net. Innerhalb des Gehäuses entsteht somit ein Raum, insbesondere ein Arbeits- raum, in dem sich das zu fördernde Fluid befindet.

Es bedarf hierfür einer sich drehenden Welle, die aufgrund ihrer langen Erstre- ckung möglichst auf beiden Seiten zu lagern ist. Dabei müssen die jeweiligen La- ger in geeigneter Weise zu einander positioniert sein. Dies erfordert kleine Tole- ranzen an allen beteiligten Gehäusekomponenten, was bei einer Werkstoff- Um- stellung von Metall auf Kunststoff für die Gehäusebauteile zunehmend schwieriger wird.

Beim Einsatz in einem Getriebe werden Pumpen als geschlossene Einheit ver- baut, wobei der Antrieb über eine Wellen-Naben-Verbindung erfolgt.

Aus der DE102011005304A1 ist ein Laufrad mit Förderelementen bekannt, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausgeführt wird. Das Lauf- rad ist mit den Förderelementen und der Elektromotor innerhalb eines Gehäuses angeordnet und die Pumpe ist in den Elektromotor integriert oder umgekehrt, in- dem der Rotor von dem Laufrad gebildet ist, wobei der Stator wenigstens teilweise oder vollständig, von einer Dichthülle umschlossen ist. Das Laufrad dreht um ei- nen Wellenstummel, der vom Gehäuse ausgebildet ist.

Die WO2016174164 A1 zeigt eine Gerotorpumpe, angetrieben mit einem Elektro- motor, der mit einem Pumpenrotor der Fluidpumpe gekoppelt ist, wobei der Elekt romotor ein Axialfluss-Elektromotor ist, dessen Elektromotor-Rotor auch der Pum- penrotor ist und der Pumpenrotor und der Elektromotor-Rotor in einem gemeinsa- men Gehäuse untergebracht sind, in dem sich der Pumpenrotor und der Elektro- motor-Rotor scheibenformartig als Kombinationsrotor integriert dreht, wobei das gemeinsame Gehäuse einen Fluidzu- und einen Fluidabfluss zu dem Kombinati- onsrotor aufweist.

Aus der US 2007/ 0 231 176 A1 ist einen Gerortorpumpe in einem Gehäuse be- kannt, wobei der innere Gerotor mit dem Rotor einer elektrischen Maschine ver- baut ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Gerotorpumpe auszubilden, die einfach aufbau- bar ist. Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe wird gelöst mit einer Gerotorpumpe mit einem inneren Gerotor und einem äußeren Gerotor und einem Elektromotor in einem Pumpengehäuse, wo- bei, wobei der äußere Gerotor einteilig mit dem Rotor des Elektromotors ausgebil- det ist, wobei in dem äußeren Gerotor Magnete integriert sind und der Rotor um eine, an einem Gehäuse oder einem Gehäuseboden des Pumpengehäuses fest- gelegten Welle drehbar gelagert ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Pumpe findet der Antrieb anders als üb- lich vom Rotor des Elektromotors direkt zum äußeren Gerotor der Pumpe statt, so dass der innere Gerotor derselben nur noch mitläuft und die Welle nur noch die Aufgabe besitzt Bauteile zu zentrieren und zu lagern. Für diesen reduzierten Auf- gabenumfang der Welle genügt es jetzt diese einseitig, feststehend in eines der Gehäusebauteile einzubetten und auf der gegenüberliegenden Seite freizustellen.

Vom Wellenstumpf der Welle, der offenen Seite der Welle können die Bauteile der Pumpe zusammengefügt werden und dann mit einem Lagerring fixiert werden, welcher zum Einstellen des axialen Spalts auf einer bestimmte Höhe verpresst wird.

Die erfindungsgemäße Gerotorpumpe ist in einer Ausführungsform an das Ge- häuse einer Baugruppe wie einer Kupplung oder eines Getriebes oder einer An- triebsmaschine angebunden, so dass das Gehäuse der Baugruppe den Gehäuse- boden der Gerotorpumpe darstellt, der mindestens die Welle trägt.

Die Befestigung der Welle an einem metallischen Gehäuse ist einfach und mit fachmännischen Mittel möglich. In einer alternativen Ausführung besteht der Gehäuseboden aus Kunststoff. Es bedarf einer sehr steifen und zugfesten Verbindung zwischen Welle und dem la- gernden Gehäuseteil, so dass im Falle eines Kunststoff- Gehäusebodens mit Ver- steifungselementen wie Einlegeblechen oder ähnlichem gearbeitet werden muss.

Vorteilhafterweise besitzt das Pumpengehäuse einen glockenförmigen Gehäuse- deckel, der mindestens einen Stator enthält, aber auch elektronische Bauteile, Lei- terplatten und Anschlussverbindungen umfassen kann.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Stator mit Wicklungen mit Kunststoff ver- gossen ist und den Gehäusedeckel bildet. Damit ist der Stator geschützt und die Gerotorpumpe muss nicht gedichtet werden. Der umspritzte Stator bildet ein ge- schlossenes, einseitig offenes Gehäuse, das nach innen und nach außen dichtet. So ist ein Betrieb in der Fluid-Umgebung der Baugruppe möglich.

Dabei ist die Pumpe so gestaltet, dass der glockenförmigen Gehäusedeckel einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Rotors und einem Luftspalt entspricht.

Je nach Ausführungsform ist der glockenförmigen Gehäusedeckel über Dichtun- gen an dem Gehäuse oder dem Gehäuseboden des Pumpengehäuses ange- presst befestigt.

Vorteilhafterweise ist der der glockenförmige Gehäusedeckel mit einem Bajonett- verschluss befestigbar.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen einer Gero- torpumpe mit den Schritten:

• Befestigen einer Welle einseitig an einem Gehäuse oder einem Gehäuse- boden eines Pumpengehäuses,

• Aufsetzen eines inneren Gerotors auf die Welle,

• Aufsetzen eines äußeren Gerotors als Rotor auf die Welle, • Verpressen oder Verspannen des Lagerrings mit der Welle,

• Überstülpen eines glockenförmigen Gehäusedeckels,

• Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse oder dem Gehäuseboden des Pumpengehäuses.

Vorteilhafterweise ist die Welle der Pumpe feststehend eingebettet in eines der Ge- häusebauteile; wobei die Bauteile der Pumpe von der offenen Seite montiert werden und der Axialspalt durch eine geregelte Pressoperation eingestellt wird. Beim Auf- pressen des Axiallagers auf die Welle kann zudem das axiale Spiel eingestellt wer- den

Es von Vorteil, dass die Gehäusebauteile aus Kunststoff sind und mit Bajonettver- bindungen verbunden werden. Axialkräfte aus dem Druckaufbau der Pumpe wer- den nicht über das Gehäuse geleitet; sondern über die Welle und die Wellbefesti- gung. Damit verringert sich die Gefahr von Fließen bei Kunststoff- Gehäuseteilen und die Anforderungen an die Dichtungen und Zusammenbauelemente werden re- duziert.

In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält der Gehäusedeckel mindestens ei- nen Stator, der vollständig mit Kunststoff umgossen oder umspritzt wird, so dass die Pumpe auch im Medium der Baugruppe, an der sie angebracht ist, problemlos laufen kann.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten beispielhaften Ausfüh- rungsform, Fig.2 zeigt einen Schnitt entlang der Ebene B-B der Figur 1 ,

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform.

Eine Gerotorpumpe 10 ist in einem Pumpengehäuse 20 angeordnet, das maßgeb- lich aus einem Gehäusedeckel 13 und einem Gehäuseboden 14 besteht. In der Ausführungsform der Fig. 1 wird der Gehäuseboden 14 aus einem flachen Bereich eines Gehäuses 8 einer Baugruppe in einem Fahrzeug gebildet. Eine solche Bau- gruppe kann ein Antrieb, ein Verbrennungsmotor oder eine elektrische Maschine sein, oder ein Getriebe oder eine Kupplung usw. Sie enthält neben der Wellenla- gerung auch Saug- und Druckniere der Pumpe.

Der Bereich des Gehäuses 8 der Baugruppe muss für das Anbringen der Gerotor- pumpe vorbereitet sein, also einen kreisförmige, plane Oberfläche 8A aufweisen und eventuell Nuten für einen O-Ring 16 umfassen.

Im Gehäuse 8 sind Öffnungen 9 für den Zufluss und den Abfluss des Pumpenflu- ids vorgesehen. Eine Welle 5 wird mit dem Gehäuse 8 verbunden, was beispiels weise durch ein Verpressen einer Welle 5 aus Metall in das metallische Gehäuse 8 umgesetzt wird.

Nachdem das Gehäuse der Baugruppe mit der Welle 5 vorbereitet ist, werden die weiteren Bauteile der Pumpe auf der aufgefädelt. Zunächst wird ein Exzenter 3 aufgesteckt, der drehfest mit der Welle 5 des Gehäuses 8 verbunden sein muss. Auf den Exzenter 3 wird ein innerer Gerotor 1 , ein Zahnrad mit einer ersten Anzahl von Zähnen 21 aufgesteckt. Der inneren Gerotor 1 ist in Bezug auf die Welle 5 ex- zentrisch aufgebaut.

Der innere Gerotor 1 ist vom äußeren Gerotor 2 mit einer zweiten Anzahl an Zäh- nen 21 umgeben, wobei die zweite Anzahl an Zähnen um eins größer als die erste Anzahl an Zähnen des inneren Gerotors 1 ist. Der äußere Gerotor 2 ist dabei mit einem Rotor 18 eines Elektromotors 11 in ei- nem Bauteil zusammengefasst, wobei die Zähne 21 des äußeren Gerotors 2 als Randstruktur entlang eines zylindrischen Umfangs ausgebildet sind. Die zylindri sche Außenkontur des Rotors 18 schießt auch Magnete 4 ein, die in Blechpaketen 19 verbaut sind. Die Bauteile des Rotors 18 werden mit Kunststoff vergossen, so dass ein einteiliges Bauteil entsteht, das einfach zu montieren ist.

Das Bauteil bestehend aus äußerer Gerotor 2 gleich Rotor 18 wird ebenfalls auf die Welle 5 aufgesteckt.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau der Pumpe findet der Antrieb anders als üb- lich vom Rotor 18 des Elektromotors 11 direkt zum äußeren Gerotor 2 der Pumpe statt, so dass der innere Gerotor 1 nur noch mitläuft und die Welle 5 nur noch die Aufgabe besitzt, Bauteile zu zentrieren und azentrisch zu lagern.

Für diesen reduzierten Aufgabenumfang der Welle 5 genügt es, diese einseitig, feststehend in eines der Gehäusebauteile einzubetten und auf der gegenüberlie- genden Seite den Wellenstumpf 5A freizustellen. Von dieser offenen Seite können die Bauteile der Pumpe zusammengefügt werden und dann mit einer axialen La- gerung g 25 fixiert werden, welcher zum Einstellen des axialen Spalts zwischen den Gerotoren 1 , 2 und der planen Oberfläche 8A des Gehäuses auf eine be- stimmte Höhe verpresst wird.

Das Pumpengehäuse 20 weist einen glockenförmigen Gehäusedeckel 13 auf, der eine zylindrische Öffnung besitzt. Das Maß der zylindrischen Öffnung im Gehäu- sedeckel 13 wird vom Außendurchmesser des äußeren Gerotors 2 zuzüglich ei- nes Luftspaltes bestimmt. Innerhalb oder innerhalb der Wandung des Gehäusede- ckels ist der Stator 6 des Elektromotors 11 verbaut. Der Stator 6 mit seinen Wicklungen 7 wird ebenfalls mit Kunststoff vergossen, so dass ein Gehäusedeckel mit integrierten Statorkomponenten entsteht. In dem Pro- zess des Umgießens oder Umspritzens mit Kunststoff werden auch die elektrische Ansteuerung auf Leiterplatte 23, sowie Zuleitungen und Anschlüsse und ein Ste- cker 26 hergestellt oder angebunden.

Der glockenförmige Gehäusedeckel wird über den Rotor 18 gestülpt und sitzt auf der planen Oberfläche 8A des Gehäuses 8 bündig, aber ohne Vorspannung auf. Der Gehäusedeckel 13 muss nur noch mit dem Gehäuse 8 verbunden werden und die Gerotor-Pumpe ist vollendet.

Dadurch, dass der Stator und alle elektrischen Bauteile umgossen sind, kann die Pumpe und der Elektromotor auch im Medium der Baugruppe, an der die Gerotor- Pumpe angebunden ist, betrieben werden.

In Figur 2 ist im Schnittbild der äußere Gerotor 2 mit seiner Kontur 22 zu sehen, in dem sich der innere Gerotor 1 mit seinen Zähnen 21 exzentrisch dreht. Der Stator 6 ist nur angedeutet zu erkennen. Der äußere Gerotor 2, der den Rotor 18 darstellt dreht sich im Magnetfeld des Stators 6.

Figur 3 zeigt eine alternative Ausführungsform für eine Gerotorpumpe als selb- ständige Pumpe in einem Pumpengehäuse aus Kunststoff, das maßgeblich aus einem Gehäuseboden 14 und einem Gehäusedeckel 13 besteht.

Der Aufbau der Pumpe und des Elektromotors 11 entspricht dem Aufbau nach Fi- gur 1 , wobei auf die Darstellung der Statorbauteile verzichtet wurde.

Da die Welle 5 in dieser Ausführungsform von einem Kunststoff-Gehäuseboden getragen wird, sind Versteifungen 12 vorgesehen, die als metallische Einlagen eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Gehäuseboden und Welle 5 erlauben. Die Verbindung des Gehäusedeckels 13 mit dem Gehäuseboden 14 erfolgt mit ei- ner Bajonett-Verbindung 17.

Eine Membran 15 zwischen den Gehäusekomponenten dient der Spaltkompensa- tion zwischen den Gerotoren 1 und 2 sowie des Gehäusebodens 14.

Zudem ist die Membran 15, wenn sie als metallisches Blech ausgeführt ist, eine vorteilhafte Lösung, da sie dann ein verschleißarmer Laufpartner für die Gerotoren ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Gerotorpumpe sieht die folgenden Schritte vor:

• Befestigen einer Welle 5 einseitig an einem Gehäuse 8 oder einem Gehäu- seboden 14 eines Pumpengehäuses 20,

• Aufsetzen eines inneren Gerotors 1 auf die Welle 5,

• Aufsetzen eines äußeren Gerotors 2 als Rotor 18 auf die Welle 5,

• Verpressen und/der Verspannen des Lagerrings mit der Welle,

• Überstülpen eines glockenförmigen Gehäusedeckels 13 mit Stator 6,

• Verbinden des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse 8 oder dem Gehäusebo- den 14 des Pumpengehäuses 20.

Gerade der letzte Schritt, das Verbinden, kann vereinfacht sein, wenn die Gehäu- sebauteile aus Kunststoff sind und mit Bajonettverbindungen 17 miteinander ver- bunden werden. Allerdings sind auch anderer Verbindungen wie Schnappverbin- dungen oder auch Schraubungen möglich.

Für den Zusammenbau der Pumpe ist die Lösung besonders vorteilhaft, dass der Gehäusedeckel mindestens einen Stator enthält, der vollständig mit Kunststoff umgossen oder umspritzt wird. Dadurch ist der Gehäusedeckel mit allen elektri- schen Bauteilen vergossen und als ein einziges Bauteil zu montieren. Bezugszeichenliste

Innerer Gerotor

Äußerer Gerotor

Exzenter

Magnet

Welle

A Wellenstumpf

Stator

Wicklung

Gehäuse Baugruppe

Öffnungen

0 Gerotorpumpe

1 Elektromotor

2 Versteifungen

3 Gehäusedeckel

4 Gehäuseboden

5 Membran

6 Dichtung

7 Bajonett-Verbindung

8 Rotor

9 Rotor-Blechpaket

0 Pumpengehäuse

1 Zahn

2 Kontur

3 Leiterplatte

4 Rotor-Außen kontur

5 axiale Lagerung

6 Stecker