DE102018222564B4

DE102018222564B4 - Kraftstoffförderaggregat und Kraftstofffördereinheit

Info

Publication number: DE102018222564B4
Application number: DE102018222564.8A
Authority: DE
Inventors: Johannes Deichmann; Dirk Becker
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2022-07-21
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: CN113195896A; DE102018222564A1; US11802528B2; WO2020126947A1; US20220056873A1; CN113195896B

Abstract

Kraftstoffförderaggregat (10, 20) mit einem einen Elektromotor (11), der ein bürstenloser Gleichstrommotor ist,
und eine Pumpe (12) durch Verrollung dichtend umschließenden Blechmantel (13), einer saugseitigen Einlassöffnung (103), einer druckseitigen Auslassöffnung (105, 204), wobei der Elektromotor (11) einen ersten Stator (16) und einen Rotor (18) aufweist und der erste Stator (16) mit einer Kunststoffumspritzung versehen ist, die einen zwischen dem ersten Stator (16) und der Pumpe (12) umlaufenden Ring (100, 200) bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kraftstoffförderaggregat einen zweiten, ebenfalls mit einer Kunststoffumspritzung versehenen Stator (17) aufweist, der in den ersten Stator (16) einschiebbar ist,
und dass der zweite Stator (17) mindestens einen Anschlag (70, 71, 72) aufweist, der beim Einschieben des zweiten Stators (17) in den ersten Stator (16) am ersten Stator (16) anschlägt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffförderaggregat und eine ein solches Kraftstoffförderaggregat umfassende Kraftstofffördereinheit zur Verwendung in Fahrzeugen.
Unter dem Kraftstoffförderaggregat wird insbesondere ein Aggregat zur Förderung von flüssigem Kraftstoff, insbesondere zur Verwendung im Fahrzeug, verstanden.
Unter dem Fahrzeug ist jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches zum Betrieb mit einem flüssigen Kraftstoff betrieben wird. Darüber hinaus kann es sich bei dem Fahrzeug auch um ein teilweise mit einem gasförmigen Kraftstoff betriebenes und/oder teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug handeln. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Personenkraftwagen und/oder ein Nutzfahrzeug sein.
Die gattungsgemäße Druckschrift JP 2017 - 200 279 A offenbart ein Kraftstoffförderaggregat mit einem Elektromotor, der einen einteiligen Stator aufweist, und einer Pumpenstufe. Die Pumpenstufe und der Elektromotor sind mithilfe einer Verrollung eines Blechmantels miteinander verbunden.
Die Druckschrift EP 2894 766 A1 offenbart ein Kraftstoffförderaggregat mit einem mechanisch kommutierten Gleichstrommotor und einer Pumpenstufe. Der mechanisch kommutierte Gleichstrommotor und die Pumpenstufe sind mithilfe einer Verrollung eines Blechmantels miteinander verbunden.
Die Druckschrift KR 10 2017 0 018 992 A offenbart einen ersten und einen zweiten Stator für ein Kraftstoffförderaggregat, wobei der erste Stator teilweise umspritzt ist.
Die Druckschrift WO 2018 / 073 008 A1 offenbart ein Kraftstoffförderaggregat mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor und einer Pumpenstufe, wobei der Gleichstrommotor einen einteiligen Stator aufweist, der komplett umspritzt ist. Auf einer der Pumpenstufe zugewandten Seite des Stators bildet die Umspritzung eine Befestigungskontur, die einem Blechmantel dazu dient, eine formschlüssige Befestigung der Pumpenstufe an dem umspritzten Stator des bürstenlosen Gleichstrommotors zu realisieren.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Kraftstoffförderaggregat zu schaffen, bei dem Längenunterschiede eines Stators eines Elektromotors, die aus Dickenunterschieden einzelner hintereinander angeordneter Bleche eines Blechpakets des Stators resultieren, kompensiert und Fluchtungsfehler zwischen einem Elektromotor und einer Pumpe des Kraftstoffförderaggregats reduziert werden sollen.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst, der ein Kraftstoffförderaggregat unter Schutz stellt. Ferner wird eine Verwendung des Kraftstoffförderaggregats als Kraftstofffördereinheit (vergleiche Anspruch 9 beansprucht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Kraftstoffförderaggregat mit einem einen Elektromotor und eine Pumpe durch Verrollung dichtend umschließenden Blechmantel, einer saugseitigen Einlassöffnung, einer druckseitigen Auslassöffnung, wobei der Elektromotor einen ersten Stator und einen Rotor aufweist und der erste Stator mit einer Kunststoffumspritzung versehen ist, die einen zwischen dem ersten Stator und der Pumpe umlaufenden Ring bildet. Beim Spritzgießen der Kunststoffumspritzung kann insbesondere eine sehr niedrigviskose Kunststoffschmelze zwischen einzelne Bleche eines Blechpakets des ersten Stators fließen. Die Kunststoffumspritzung gewährleistet folglich eine feste und zuverlässige Verbindung des umlaufenden Rings mit den einzelnen Blechen des Blechpakets des ersten Stators. Dadurch wird die Gefahr einer unerwünschten Lageabweichung zwischen dem Elektromotor und der daran anschließenden Pumpe reduziert, sodass eine axiale Fluchtung des Elektromotors und der Pumpe optimiert wird. Darüber hinaus werden durch die Kunststoffumspritzung Dickenunterschiede einzelner hintereinander angeordneter Bleche eines Blechpakets des ersten Stators kompensiert, da die Gesamtlänge eines Verbunds, bestehend aus dem ersten Stator und dem daran angespritzten Ring, von den Abmessungen einer Kavität eines Spritzgusswerkzeugs definiert wird. Somit können die Dickenunterschiede der hintereinander angeordneten Bleche des Blechpakets des ersten Stators die Gesamtlänge des Verbunds aufgrund des angespritzten Rings nicht beeinflussen. Durch die definierte Gesamtlänge des Verbunds kann bei einer Verrollung des dichtend umschließenden Blechmantels ein die Druckdichtheit des Kraftstoffförderaggregats sicherstellendes Verrollungsergebnis reproduziert werden. Beim Verrollen kann ein Endbereich des Blechmantels entlang eines geschlossen umlaufenden Verrollweges gegen einen Deckel gebogen werden, so dass der Deckel vom verrolten Blechmantel eingefasst wird und sich nicht mehr von ihm lösen kann. Der das Kraftstoffförderaggregat abschließende Deckel und der verrollte Blechmantel bleiben deshalb im Betrieb zuverlässig miteinander verbunden. Die Druckdichtheit des erfindungsgemäßen Kraftstoffförderaggregats ist also gewährleistet. Außerdem kann eine bogenförmige Kontur des Verrollweges mindestens eine Abflachung aufweisen, die im Falle eines kreisförmigen Verrollweges als mindestens eine kreissegmentförmige Ausnehmung ausgebildet sein kann. Auf diese Weise wird der Deckel gegenüber dem Blechmantel an einer unerwünschten Verdrehung gehindert.
Das Kraftstoffförderaggregat weist auch einen zweiten ebenfalls mit einer Kunststoffumspritzung versehenen Stator auf, der in den ersten Stator einschiebbar ist.
Nach einer Ausführungsform können an dem umlaufenden Ring pumpenseitig drei in Pumpenlängsrichtung wirkende Stütznoppen angebracht sein. Die drei Stütznoppen sind vorzugsweise stirnseitig am Ring angespritzt. Sie tragen zu einer statisch bestimmten Lagerung des Pumpengehäuses am Ring bei, so dass das Pumpengehäuse und der Ring mit maximaler axialer Fluchtung wackelfrei aneinander anliegen und die Gefahr eines Verklemmens eines im zweiten Stator umlaufenden Rotors minimiert ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform bildet die Kunststoffumspritzung des zweiten Stators eine Innenauskleidung einer Bohrung, welche zur Zentrierung des Pumpengehäuses im zweiten Stator beiträgt. Die als Zentrierung wirkende Bohrung kann in ihr radial wirkende Kräfte aufnehmen. Sie bildet folglich einen Anteil der statisch bestimmten Lagerung des Pumpengehäuses.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind Winkelarretierungsmittel vorgesehen, um den ersten Stator und/oder den zweiten Stator relativ zum Pumpengehäuse in einem bestimmten Winkel zu arretieren. Die Winkelarretierungsmittel leisten ebenfalls einen Anteil, um die statisch bestimmte Lagerung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Ring zu optimieren. Die statisch bestimmte Lagerung zwischen dem Ring und dem Pumpengehäuse maximiert die Effizienz des Kraftstoffförderaggregats und minimiert dessen Geräuschemission.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Kunststoffumspritzung einenends vom Elektromotor den umlaufenden Ring und anderenends vom Elektromotor auch ein einen Anschlussstutzen aufweisendes Anschlussstück bilden. Der umlaufende Ring und das Anschlussstück sind auf diese Weise einstückig ausgebildet, sodass Montageschritte bei der Fertigung des Kraftstoffförderaggregats eingespart werden.
Der zweite Stator weist mindestens einen Anschlag auf, der beim Einschieben des zweiten Stators in den ersten Stator am ersten Stator anschlägt. Der Anschlag kann als ein ringförmiger Rand ausgebildet sein oder durch mehrere ringsegmentförmige Randabschnitte oder durch mehrere rastnasenförmige Anschlagelemente hergestellt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform können die Stütznoppen mit einem Winkel von 120° benachbart zueinander angeordnet sein. Die dadurch erreichte gleichmäßige Verteilung der Stütznoppen dient ebenfalls der wackelfreien Anlage des Rings und des Pumpengehäuses aneinander.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Pumpe eine Seitenkanalpumpe sein. Sie arbeitet besonders stromsparend und geräuschemissionsarm. Alternativ kann auch eine Gerotor-, eine Rollenzellenpumpe oder eine Schraubenpumpe eingesetzt werden. Somit eignet sich die erfindungsgemäße Lösung für ein bestehendes verschiedene Motoren- und Pumpentypen integrierendes Baukastensystem.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann zwischen dem Anschlussstück und dem Blechmantel eine Radialdichtung angeordnet sein. Die Radialdichtung ist vorzugsweise ein O-Ring, der an einem dem verrollten Ende des Blechgehäuses gegenüberliegenden Endbereich vorgesehen ist, um die Druckdichtheit des Kraftstoffförderaggregat sicherzustellen.
Der Elektromotor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor, der dem Kraftstoffförderaggregat eine lange Lebensdauer gewährleistet.
Außerdem wird eine Kraftstofffördereinheit zur Verwendung in einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoffförderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Schwalltopf, in welchem das Kraftstoffförderaggregat angeordnet ist, um aus dem Schwalltopf Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotors zu fördern, vorgeschlagen.
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgend detaillierten Beschreibung einer vorgeschlagenen Ausführungsform ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:

1 eine Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines Kraftstoffförderaggregats;
2 eine Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform des Kraftstoffförderaggregats.
3 eine Schnittansicht durch einen ersten Stator;
4 eine Schnittansicht durch einen zweiten Stator;
5 eine Schnittansicht durch einen Zusammenbau des ersten Stators aus 3 und des zweiten Stators aus 4;
6 eine erste perspektivische Draufsicht auf den Zusammenbau aus 5;
7 eine zweite perspektivische Draufsicht auf den Zusammenbau aus 5 aus einer zu 6 gegenüberliegenden Blickrichtung.

Die 1 und 2 zeigen ein Kraftstoffförderaggregat 10 und 20 mit einem Elektromotor 11 und einer Pumpe 12, die eine Seitenkanalpumpe ist, und einem diese umgebenden Blechmantel 13. Die Pumpe 12 ist an ihrem rechten Ende mit einem Deckel 14 verschlossen.
Der Blechmantel 13 ist an seinem rechten Ende mit einer Verrollung 15 versehen (siehe 2). Im Bereich der Verrollung 15 ist der Blechmantel 13 geschlossen umlaufend gegen den Deckel 14 gebogen, so dass dieser vom verrolten Blechmantel 13 eingefasst wird. Dadurch kann sich der Deckel 14 nicht mehr vom Blechmantel 13 lösen. 1 zeigt zum Vergleich den Blechmantel 13 vor der Verrollung.
Der Elektromotor 11 weist einen ersten Stator 16 und einen darin konzentrisch angeordneten zweiten Stator 17 sowie einen drehbar gelagerten Rotor 18 auf.
Die Pumpe 12 weist außer dem Deckel 14 ein Pumpengehäuse 19 und ein Pumpenrad 18 auf.
Der erste Stator 16 ist mit einer Kunststoffumspritzung versehen, die zwischen ihm und der Pumpe 12 respektive dem Pumpengehäuse 19 einen umlaufenden Ring 100 (siehe 1) oder 200 (siehe 2) bildet. Die umlaufenden Ringe 100 und 200 sind somit am ersten Stator 16 respektive an einem Blechpaket 30 des ersten Stators 16 angespritzt (siehe 3). Das Blechpaket 30 ist aus mehreren hintereinander angeordneten Blechen zusammengesetzt. Die Bleche können fertigungsbedingt unterschiedliche Dicken aufweisen, so dass die Längen mehrerer Blechpakete 30 variieren können. Die Kunststoffumspritzung in Form der Ringe 100 und 200 können die fertigungsbedingten Längenunterschiede kompensieren, da die Gesamtlänge eines Verbunds aus dem ersten Stator 16 und dem Ring 100 oder 200 von den Abmessungen einer Kavität eines Spritzgusswerkzeugs definiert wird. Folglich ist die Gesamtlänge des Verbunds unabhängig von den fertigungsbedingten Längenunterschieden der Blechpakete 30 stets gleichbleibend, so dass die Verrollung 15 ebenfalls mit gleichbleibender Qualität herstellbar ist.
Die Kraftstoffförderaggregate 10 und 20 unterscheiden sich hinsichtlich der Kunststoffumspritzung des ersten Stators 16. Beim Kraftstoffförderaggregat 20 bildet die Kunststoffumspritzung den Ring 200 und ein Anschlussstück 201, so dass der Ring 200 und das Anschlussstück 201 durch die Kunststoffumspritzung einstückig hergestellt werden können. Dahingegen sind beim Kraftstoffförderaggregat 10 der Ring 100 und ein Anschlussstück 101 zwei separate Bauteile.
Zwischen den Anschlussstücken 101 und 201 und dem Blechmantel 13 ist ferner eine Radialdichtung 102 in Form eines O-Rings verbaut.
Der Deckel 14 ist mit einer saugseitigen Einlassöffnung 103 und die Anschlussstücke 101 und 201 mit einem druckseitige Auslassöffnungen 105 und 204 aufweisenden Anschlussstutzen 104 und 203 versehen.
Die Ringe 100 und 200 sind mit drei Stütznoppen 60, 61 und 62 versehen, die in einem Winkel von 120° benachbart zueinander angeordnet sind (siehe 6). Die Stütznoppen 60, 61 und 62 leisten einen Beitrag zu einer statisch bestimmten und somit wackelfreien Lagerung der Ringe 100 und 200 am Pumpengehäuse 19.
Ferner bildet die die Ringe 100 und 200 darstellende Kunststoffumspritzung Stege 31, 32 und 33, die innen im Blechpaket 30 des ersten Stators 16 anliegen. Die Stege 31, 32 und 33 dienen einem zuverlässigen Halt der Ringe 100 und 200 am Blechpaket 30 (siehe 3). Beim Spritzgießen der Stege 31, 32 und 33 kann insbesondere eine sehr niedrigviskose Kunststoffschmelze zwischen das Blechpaket 30 bildende Bleche fließen, wodurch die Bleche untereinander in ihrer Position fixiert werden.
Der zweite Stator 17 ist mit einer Kunststoffumspritzung 40 versehen, welche ein Blechpaket 41 umgibt (siehe 4). Die Kunststoffumspritzung bildet eine Innenauskleidung 42 einer Bohrung 43, welche das Pumpengehäuse 19 aufnehmen und zentrieren kann (siehe 1 und 2). Die durch die Bohrung 43 realisierte Zentrierung bewirkt ebenfalls einen Beitrag zur statisch bestimmten Lagerung der Ringe 100 und 200 am Pumpengehäuse 19. Außerdem bildet die Kunststoffumspritzung rastnasenförmige Anschlagelemente 44, 45 und ein drittes in 4 nicht erkennbares Anschlagelement sowie 70, 71 und 72 (siehe 7). Der zweite Stator 17 schlägt beim Einschieben in den ersten Stator 16 an den Anschlagelementen 44 und 45 bzw. 70, 71 und 72 (siehe 5 und 7) an.
Der Stator 17 ist mit einer Ausnehmung 63 versehen (siehe 6), in welche ein nicht gezeigter am Pumpengehäuse 19 angebrachter Vorsprung eingreifen kann, um das Pumpengehäuse 19 und den Stator 17 in einem bestimmten Winkel zueinander zu arretieren.
Ferner ist der Stator 16 mit Ausnehmungen 64, 65, 66, 67, 68, 69 und 600 versehen (siehe 6), in welche ein oder mehrere nicht dargestellte am Pumpengehäuse 19 angeordnete Vorsprünge eingreifen können, um das Pumpengehäuse 19 und den Stator 16 in einem bestimmten Winkel zueinander zu arretieren.

Claims

Kraftstoffförderaggregat (10, 20) mit einem einen Elektromotor (11), der ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, und eine Pumpe (12) durch Verrollung dichtend umschließenden Blechmantel (13), einer saugseitigen Einlassöffnung (103), einer druckseitigen Auslassöffnung (105, 204), wobei der Elektromotor (11) einen ersten Stator (16) und einen Rotor (18) aufweist und der erste Stator (16) mit einer Kunststoffumspritzung versehen ist, die einen zwischen dem ersten Stator (16) und der Pumpe (12) umlaufenden Ring (100, 200) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffförderaggregat einen zweiten, ebenfalls mit einer Kunststoffumspritzung versehenen Stator (17) aufweist, der in den ersten Stator (16) einschiebbar ist, und dass der zweite Stator (17) mindestens einen Anschlag (70, 71, 72) aufweist, der beim Einschieben des zweiten Stators (17) in den ersten Stator (16) am ersten Stator (16) anschlägt.
Kraftstoffförderaggregat (10, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem umlaufenden Ring (100, 200) pumpenseitig drei in Pumpenlängsrichtung wirkende Stütznoppen (60, 61, 62) angebracht sind.
Kraftstoffförderaggregat (10, 20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumspritzung des zweiten Stators (17) eine Innenauskleidung einer Bohrung (43) bildet, welche zur Zentrierung eines Pumpengehäuses (19) im zweiten Stator (17) beiträgt.
Kraftstoffförderaggregat (20) nach Anspruch 1 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass Winkelarretierungsmittel (63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 600) vorgesehen sind, um den ersten Stator (16) und/oder den zweiten Stator (17) relativ zum Pumpengehäuse (19) in einem bestimmten Winkel zu arretieren.
Kraftstoffförderaggregat (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffumspritzung einenends vom Elektromotor (11) den umlaufenden Ring (200) und anderenends vom Elektromotor (11) auch ein einen Anschlussstutzen (203) aufweisendes Anschlussstück (201) bildet.
Kraftstoffförderaggregat (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütznoppen (60, 61, 62) mit einem Winkel von 120° benachbart zueinander angeordnet sind.
Kraftstoffförderaggregat (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (12) eine Seitenkanalpumpe, eine Rollenzellenpumpe oder eine Gerotorpumpe oder eine Schraubenpumpe ist.
Kraftstoffförderaggregat (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anschlussstück (101, 201) und dem Blechmantel (13) eine Radialdichtung (102, 202) angeordnet ist.
Kraftstofffördereinheit zur Verwendung in einem Kraftstofftank (10, 20) eines Fahrzeugs mit einem Kraftstoffförderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Schwalltopf, in welchem das Kraftstoffförderaggregat (10, 20) angeordnet ist, um aus dem Schwalltopf Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor zu fördern.