DE102019101455A1

DE102019101455A1 - Selbstspülende Mikropumpe

Info

Publication number: DE102019101455A1
Application number: DE102019101455.7A
Authority: DE
Inventors: Gerald Vögele; Tim Polley; Ellen Maus; Sven Reimann; Slawomir Chrobak; Martin Schaminski
Original assignee: HNP Mikrosysteme GmbH
Current assignee: HNP Mikrosysteme GmbH
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-07-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe als Pumpvorichtung oder Mikropumpenanordnung. Mikropumpen weisen Räume auf, die nicht oder kaum von dem transportierten Fluid durchströmt werden. In diesen Räumen sammelt sich das transportierte Fluid durch Leckage in Dichtungsbereichen, Diffusion oder geringe Strömung an. Die Erfindung soll einen Medienwechsel von einem ersten zu transportierenden Fluid auf ein zweites zu transportierendes Fluid erleichtern, wobei lediglich ein äußerst geringer Anteil des ersten Fluids bei einem Transport des zweiten Fluids parasitär mit transportiert wird. Vorgeschlagen wird dazu eine Pumpvorrichtung mit einem Gehäuseunterteil (10), wobei das Gehäuseunterteil (10) einen Einlass (11a,11b) für das zu transportierende Fluid umfasst. Vorgesehen ist ein Innenrotor (35) und ein Außenrotor (36), wobei der Innenrotor (35) radial exzentrisch zum Außenrotor (36) gelagert ist, sodass sich zwischen dem Innenrotor (35) und dem Außenrotor (36) eine bewegbare Förderkammer ausbildet, durch die das Fluid aus einem Einlassbereich (22,31,41) für den Innenrotor (35) und Außenrotor (36) mit niedrigem Druck zu einem Auslassbereich (23,43) für den Innenrotor (35) und Außenrotor (36) mit höherem Druck transportiert wird. Der Einlassbereich (22,31,41) ist mit dem Einlass (11a,11b) fluidkommunizierend verbunden. Vorgesehen ist eine Hülse (50) zur Aufnahme des Innenrotors (35) und des Außenrotors (36) in einer Rotoraufnahme (30), wobei die Hülse (50) eine umlaufende Nut (51) aufweist und die Nut (51) über einen Kanal (42) fluidkommunizierend mit dem Einlassbereich (22,31,41) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe (Pumpvorichtung, Mikropumpenanordnung), speziell eine Mikropumpe oder Mikrozahnringpumpe.
Mikropumpen weisen Räume auf, die nicht oder kaum von dem transportierten Fluid durchströmt werden. In diesen Räumen sammelt sich das transportierte Fluid durch Leckage in Dichtungsbereichen, Diffusion oder geringe Strömung an.
Soll nach dem Transport eines ersten Fluids (z.B. Ethanol) ein anderes Fluid (z.B. Wasser) transportiert werden (Medienwechsel), müssen viele der bekannten Mikropumpen zerlegt werden, um die Pumpe manuell zu Reinigen.
Wird die Pumpe zwischen einem Wechsel des transportierten Fluids nicht gereinigt, wird ein kleiner Anteil des ersten Fluids in dem geförderten Volumen des zweiten Fluids vorhanden sein. In dem beschriebenen Beispiel würde in dem geförderten Wasser ein (geringer) Anteil Ethanol von dem vorigen Transport mitgefördert. Dies zumindest so lange bis ein verhältnismäßig großer Volumenstrom durch die Pumpe transportiert wurde.
Bei vielen Anwendungen, beispielsweise unter Laborbedingungen, ist eine hohe Reinheit eines aktuell transportierten Fluids wichtig und eine Verunreinigung durch ein zuvor gefördertes Fluid unerwünscht.
Aus DE 10 2011 051486 A1 ist eine Mikropumpe bekannt, die wenige Toträume als Räume, die nicht oder nur kaum durchströmt werden, umfasst.
Auch ist aus US 4,400,147 A eine Pumpe bekannt, die einen Spülanschluss umfasst. Durch den Spülanschluss kann der Fluidpfad in der Pumpe gespült werden, wenn ein Wechsel des geförderten Fluids angestrebt wird. Dies erfordert nicht nur eine bauliche Anpassung der Pumpe für den Spülanschluss und zusätzliche Fluidpfade in der Pumpe, sondern erfordert ebenso einen weiteren Arbeitsschritt des Spülens bei einem Medienwechsel, wobei durch einen externen zusätzlich aktiven Druckerzeuger eine Druckdifferenz zum Spülen der zusätzlichen Fluidpfade erzeugt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine (Mikro)Pumpe bereitzustellen, durch die ein Medienwechsel von einem ersten zu transportierenden Fluid auf ein zweites zu transportierendes Fluid erleichtert ermöglicht wird, wobei lediglich ein äußerst geringer Anteil des ersten Fluids bei einem Transport des zweiten Fluids parasitär mit transportiert wird.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, 12 oder 17, oder durch eine Mikropumpenanordnung nach Anspruch 21.
Eine Pumpvorrichtung zum Transportieren eines Fluids umfasst ein Gehäuseunterteil, einen Innenrotor und einen Außenrotor sowie eine Hülse. Das Gehäuseunterteil umfasst einen Einlass für das zu transportierende Fluid. Der Innenrotor ist radial exzentrisch zum Außenrotor gelagert. Dadurch kann zwischen dem Innenrotor und dem Außenrotor eine bewegbare Förderkammer ausgebildet werden. Ausgehend von einem Einlassbereich des Innenrotors und Außenrotors kann das Fluid in einen Auslassbereich des Innenrotors und Außenrotors transportiert werden. Der Druck des Fluids in dem Einlassbereich ist geringer als der Druck des Fluids in dem Auslassbereich. Durch den Innenrotor und den Außenrotor wird also der Druck des Fluids erhöht. Der Einlassbereich für den Innenrotor und Außenrotor ist mit dem Einlass des Gehäuseunterteils fluidkommunizierend verbunden. Die Hülse kann den Innenrotor und den Außenrotor in einer Rotoraufnahme aufnehmen. Die Hülse weist eine (erste) Nut auf. Die (erste) Nut ist fluidkommunizierend über einen (ersten) Kanal mit dem Einlassberiech für den Innenrotor und den Außenrotor verbunden.
Die Pumpvorrichtung kann eine Mikrozahnringpumpe sein.
Unter Fluidkommunikation zweier Bereiche oder Räume ist eine solche Kommunikation zu verstehen, die ein freies Strömen des Fluids zwischen den Bereichen oder Räumen erlaubt. Eine reine Leckage zwischen den Bereichen oder Räumen oder ein Stofftransport auf Grundlage von Diffusion bezeichnet keine Fluidkommunikation.
Die Hülse kann eine zweite umlaufende Nut aufweisen. Die zweite Nut kann über einen zweiten Kanal fluidkommunizierend mit der ersten Nut verbunden sein.
Die zweite Nut kann über einen dritten Kanal fluidkommunizierend mit dem Einlassbereich des Innenrotors und Außenrotors und/oder mit dem Einlass des Gehäuseunterteils verbunden sein.
In der ersten Nut kann ein Dichtelement angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann in der zweiten Nut ein Dichtelement angeordnet sein.
Jedes der Dichtelemente kann ein O-Ring sein. Jeder der O-Ringe kann einen Kunststoff, insbesondere ein Elastomer, umfassen.
Die Rotoraufnahme der Pumpvorrichtung kann den Innenrotor und den Außenrotor aufnehmen. Die Rotoraufnahme kann von der Hülse zumindest abschnittsweise aufgenommen sein.
Die Pumpvorrichtung kann eine Platte umfassen. Die Platte kann von der Hülse zumindest abschnittsweise aufgenommen sein.
Die Platte kann (axial) zwischen der Rotoraufnahme und dem Gehäuseunterteil angeordnet sein.
Die Pumpvorrichtung kann ein Lagerelement umfassen. Das Lagerelement kann eine Welle zum Antrieb des Innenrotors lagern. Das Lagerelement kann zumindest abschnittsweise von der Hülse aufgenommen sein.
Das Lagerelement kann die Rotoraufnahme zumindest abschnittsweise kontaktieren. Die Rotoraufnahme und/oder die Platte kann vollständig von der Hülse aufgenommen sein.
Das Lagerelement kann, insbesondere axial, über die Erstreckung der Hülse hinausragen.
Das Lagerelement kann einen Abschnitt aufweisen, der eine reduzierte radiale Erstreckung aufweist. Durch diesen Abschnitt kann der erste Kanal teilweise gebildet (begrenzt) sein.
Radial bezieht sich auf die Lage des Rotors (Innenrotor oder Außenrotor), der um eine Achse (axial) rotieren kann.
Die reduzierte radiale Erstreckung bezieht sich dabei auf die Umgebung des Bauteils umlaufend betrachtet (φ im Zylinderkoordinatensystem).
Betrachtet man beispielsweise eine Kreisscheibe, dessen Grundfläche durch eine Sekante so beschnitten wird, dass ein Kreissegment entfernt wird, ergäbe sich in dem durch die Sekante beschnittenen Abschnitt ein Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung (umlaufend betrachtet).
Auch eine umlaufend betrachtete Vertiefung oder Nut ist ein Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung.
Der erste Kanal kann zumindest teilweise zwischen der Hülse und dem Lagerelement ausgebildet sein.
Die Rotoraufnahme, die Platte und/oder das Lagerelement können jeweils einen Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung aufweisen. Durch einen oder mehrere der Abschnitte mit reduzierter radialer Erstreckung kann der zweite Kanal zumindest teilweise gebildet sein.
Der zweite Kanal kann zumindest teilweise zwischen der Rotoraufnahme, der Platte, dem Lagerelement und der Hülse gebildet sein.
Weisen sowohl die Rotoraufnahme, die Platte und das Lagerelement einen Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung auf, können diese Abschnitte axial fluchtend sein. Das Gehäuseunterteil kann eine Vertiefung (bezogen auf die Umgebung der Vertiefung) aufweisen. Durch die Vertiefung kann der dritte Kanal zumindest teilweise gebildet sein.
Insbesondere ist der dritte Kanal zwischen dem Gehäuseunterteil und der Platte gebildet.
Die Platte kann einen Durchgang (Ausnehmung) aufweisen, insbesondere einen nierenförmigen Kanal.
Die Platte kann eine Ausgleichsplatte sein. Die Ausgleichsplatte kann durch den vorzugsweise nierenförmigen Kanal zum Kraftausgleich verwendet werden, so dass Innen- und Außenrotor der Mikropumpe im Betriebszustand axial stabil gelagert sind.
Das Gehäuseunterteil kann auch einen Auslass für das zu transportierende Fluid umfassen. Der Auslassbereich des Innenrotors und Außenrotors kann über einen vierten Kanal fluidkommunizierend mit dem Auslass des Gehäuseunterteils verbunden sein.
Das Gehäuseunterteil kann eine Vertiefung aufweisen. Durch die Vertiefung kann der vierte Kanal zumindest teilweise ausgebildet sein.
Der vierte Kanal ist bevorzugt zwischen dem Gehäuseunterteil und der Platte zumindest teilweise gebildet.
Eine Pumpvorrichtung zum Transportieren eines Fluids kann ein Gehäuseunterteil, einen Innenrotor und einen Außenrotor sowie eine Platte umfassen. Das Gehäuseunterteil kann einen Auslass für das zu transportierende Fluid umfassen. Der Innenrotor kann radial exzentrisch zum Außenrotor gelagert sein. Dadurch kann zwischen dem Innenrotor und dem Außenrotor eine bewegbare Förderkammer ausgebildet werden. Durch die Förderkammer kann das Fluid aus einem Einlassbereich für den Innenrotor und Außenrotor mit niedrigerem Druck zu einem Auslassbereich für den Innenrotor und Außenrotor mit höherem Druck transportiert werden. Der Auslassbereich des Innenrotors und Außenrotors kann mit dem Auslass des Gehäuseunterteils fluidkommunizierend verbunden sein. Die Platte kann eine Ausnehmung aufweisen. Durch die Ausnehmung in der Platte kann ein Teil oder ein Abschnitt des Auslassbereichs des Innenrotors und Außenrotors gebildet sein. Der Teil oder Abschnitt des Auslassbereichs kann über einen Kanal fluidkommunizierend mit dem Auslass verbunden sein.
Die Ausnehmung in der Platte erstreckt sich vorzugsweise durchgängig von einer Seitenfläche der Platte zu einer anderen Seitenfläche der Platte.
Die Platte kann eine Höhe, insbesondere parallel zur Längsachse der Ausnehmung, von weniger als 5,0 mm aufweisen.
Die Platte kann auch eine Höhe von mindestens 1,5 mm aufweisen, die Höhe insbesondere parallel zur Längsachse der Ausnehmung der Platte.
Die Platte kann in der Pumpvorrichtung so angeordnet sein, dass die Platte zumindest abschnittsweise das Gehäuseunterteil kontaktiert.
Insbesondere ist die Platte so in der Pumpvorrichtung angeordnet, dass die Platte eine Rotoraufnahme, die den Innenrotor und Außenrotor aufnimmt, zumindest abschnittsweise kontaktiert.
Speziell ist die Platte zwischen dem Gehäuseunterteil und der Rotoraufnahme angeordnet.
Die Ausnehmung der Platte kann eine nierenförmige Grundform aufweisen.
Die Platte kann zumindest eine weitere Ausnehmung aufweisen, die einen Teil oder Abschnitt des Einlassbereichs für den Innenrotor und Außenrotor bildet.
Das Gehäuseunterteil kann eine Vertiefung aufweisen. Durch die Vertiefung kann der Kanal (vierter Kanal) teilweise ausgebildet sein.
Speziell kann der Kanal (vierter Kanal) zwischen dem Gehäuseunterteil und der Platte zumindest abschnittsweise ausgebildet sein.
Die Ausnehmung der Platte, durch die ein Teil oder Abschnitt des Auslassbereichs für den Innenrotor und Außenrotor gebildet ist, kann eine axiale Höhe von mindestens 1,0 mm, insbesondere mindestens 1,5 mm, aufweisen.
Eine Pumpvorrichtung zum Transportieren eines Fluids kann ein Innengehäuse einen Innenrotor und ein Außenrotor sowie eine Hülse aufweisen. Das Innengehäuse kann einen Fluidpfad für das zu transportierende Fluid durch die Pumpvorrichtung teilweise begrenzen. Der Innenrotor ist zu dem Außenrotor radial exzentrisch gelagert. Zwischen dem Innenrotor und dem Außenrotor kann eine bewegbare Förderkammer ausgebildet werden. Die Förderkammer kann das Fluid von einem Einlassbereich des Innenrotors und Außenrotors zu einem Auslassbereich des Innenrotors und Außenrotors transportieren, wobei der Druck des Fluids in dem Einlassbereich niedriger ist als in dem Auslassbereich. Die Hülse kann den Innenrotor und den Außenrotor in einer Rotoraufnahme aufnehmen. Zwischen dem Innengehäuse und der Hülse kann ein Dichtelementkanal (erster Dichtelementkanal) gebildet sein. Der Dichtelementkanal kann umlaufend, insbesondere vollständig umlaufend, ausgebildet sein. Der Dichtelementkanal kann über einen Kanal (erster Kanal) fluidkommunizierend mit dem Einlassbereich verbunden sein.
Die Pumpvorrichtung kann ein Gehäuseunterteil umfassen. Das Gehäuseunterteil kann einen Einlass für das zu transportierende Fluid umfassen. Zwischen dem Gehäuseunterteil und der Hülse kann ein zweiter Dichtelementkanal gebildet sein, wobei der erste Dichtelementkanal mit dem zweiten Dichtelementkanal über einen zweiten Kanal fluidkommunizierend verbunden ist.
Der zweite Dichtelementkanal kann über einen dritten Kanal fluidkommunizierend mit dem Einlassbereich des Innenrotors und Außenrotors und/oder mit dem Einlass des Gehäuseunterteils fluidkommunizierend verbunden sein.
Das Gehäuseunterteil kann einen Auslass für das durch die Pumpvorrichtung zu transportierende Fluid umfassen. Der Auslassbereich für den Innenrotor und den Außenrotor kann über einen vierten Kanal fluidkommunizierend mit dem Auslass des Gehäuseunterteils verbunden sein.
Speziell der erste Kanal, der zweite Kanal, der dritte Kanal und/oder der vierte Kanal kann wie oben beschrieben positioniert und ausgestaltet sein.
Eine selbstspülende Mikropumpenanordnung zum Transport eines Fluids kann eine Mikropumpe und einen Innenraum umfassen. Durch die Mikropumpe kann das Fluid von einem Einlass zu einem Auslass transportiert werden. Im Betriebszustand der Mikropumpe ist der Innenraum der Mikropumpenanordnung von dem Fluid durchströmt. Der Innenraum der Mikropumpenanordnung ist mit einem Dichtelement nach außen abgedichtet und das Dichtelement ist in einer Aufnahme für das Dichtelement angeordnet. Der Innenraum umfasst ein Kanalsystem als Transportweg für das Fluid. Das Kanalsystem weist einen Saugkanal (Niederdruckkanal) hin zur Mikropumpe auf und das Kanalsystem weist einen Druckkanal (Hochdruckkanal) weg von der Mikropumpe auf. Bevorzugt ist der Saugkanal abgewinkelt und umfasst zumindest eine zusätzliche Kanalstruktur zur Selbstspülung. Der Saugkanal ist so ausgebildet, dass sich an zwei beabstandeten Stellen ein erster Differenzdruck einstellt, wenn die Mikropumpe in Betrieb ist. Durch den ersten Differenzdruck ist die Aufnahme für das Dichtelement über die zumindest eine zusätzliche Kanalstruktur spülfähig.
Der erste Differenzdruck wird im Rahmen der Figurenbeschreibung näher erläutert.
Der Saugkanal kann eine Umlenkung aufweisen, durch die der Fluidstrom im Wesentlichen um 90° umgelenkt wird. Dabei bezieht sich das „im Wesentlichen“ auf eine Abweichung von ±10% um die 90°.
Die Mikropumpenanordnung kann zwei oder mehr als zwei Dichtelemente umfassen, dies zur Abdichtung des Innengehäuses nach außen. Jeweils eines der Dichtelemente kann in jeweils einer von zwei oder mehr als zwei Aufnahmen angeordnet sein.
Der Druckkanal kann eine weitere zusätzliche Kanalstruktur zur Spülung einer Ausnehmung in einer Platte umfassen. Die Ausnehmung in der Platte kann den oben beschriebenen vierten Kanal zumindest abschnittsweise begrenzen.
Die Aufnahme oder die Aufnahmen können eine Ringnut sein, insbesondere mit rechteckigem Querschnitt.
Der erste Differenzdruck kann weniger als 100 mbar betragen. Der erste Differenzdruck kann auch zumindest 1 mbar betragen. Speziell kann der erste Differenzdruck zwischen 1 mbar und 100 mbar liegen. Noch bevorzugter liegt der erste Differenzdruck zwischen 1 mbar und 50 mbar.
Die Mikropumpe kann eine Zahnringpumpe sein. Die Zahnringpumpe kann zwei ineinander gleitende gegeneinander drehfähige Zahnräder umfassen. Dies zum Transport des Fluids, speziell zum Fördern des Fluids.
Die Mikropumpe (als Zahnringpumpe) kann in einer Pumpenaufnahme angeordnet sein. Im Betriebszustand der Mikropumpe kann die Mikropumpe einen zweiten Differenzdruck zur Hauptförderung des Fluids erzeugen. Der zweite Differenzdruck kann oberhalb des ersten Differenzdrucks liegen.
Die Ausführungsformen der Erfindung sind anhand von einem Beispiel dargestellt und nicht auf eine Weise, in der Beschränkungen aus den Figuren in die Patentansprüche übertragen oder hineingelesen werden. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren geben gleiche Elemente an.

1a zeigt eine Pumpvorrichtung 1 in einer Schnittansicht A'-A';
1b verdeutlicht den Schnitt A'-A' aus 1a;
2a zeigt die Pumpvorrichtung 1 in einer detaillierten Schnittansicht;
2b zeigt 2a mit Schnittmarkierungen A-A und B-B;
3 zeigt den Schnitt A-A;
4 zeigt den Schnitt B-B.

1a zeigt eine Pumpvorrichtung 1 (Mikropumpenanordnung) in einer Schnittansicht A'-A' entlang der z-Achse der Pumpvorrichtung 1. Der Verlauf der Schnittansicht A'-A' ist durch 1b verdeutlicht, insbesondere mit Blick auf den Kanal 54.
Bei der Pumpvorrichtung 1 handelt es sich speziell um eine Mikrozahnringpumpe.
Die Pumpvorrichtung 1 kann ein Gehäuseunterteil 10, eine Platte 20, eine Rotoraufnahme 30, ein Lagerelement 40, eine Hülse 50 und ein Innengehäuse 60 umfassen.
Das Gehäuseunterteil 10 umfasst einen Einlass 11c bzw. 11a, 11b. Durch den Einlass 11c bzw. 11a, 11b. Durch den Einlass 11c bzw. 11a, 11b kann ein zu transportierendes Fluid in die Pumpvorrichtung 1 eintreten.
Das Gehäuseunterteil 10 umfasst eine Umlenkung 12, durch die das eintretende Fluid im Wesentlichen um 90° von einer radialen r-Richtung in eine axiale z-Richtung umgelenkt wird.
Alternativ (nicht in den Figuren dargestellt) kann ein Fluid axial in die Pumpvorrichtung einströmen, das heißt ohne Umlenkung 12.
Nach dem Eintreten des Fluids in die Pumpvorrichtung kann das Fluid in einen Einlassbereich 22, 31, 41 strömen. Der Einlassbereich 22, 31, 41 ist zumindest teilweise begrenzt durch eine Ausnehmung 22 in der Platte 20, durch eine Ausnehmung 31 in der Rotoraufnahme 30 und durch eine Ausnehmung 41 in dem Lagerelement 40.
Die Platte 20, die Rotoraufnahme 30 und das Lagerelement 40 sind zumindest teilweise durch die Hülse 50 aufgenommen. Speziell sind die Platte 20 und die Rotoraufnahme 30 vollständig von der Hülse 50 aufgenommen und insbesondere das Lagerelement 40 ragt abschnittsweise in axialer z-Richtung über die axiale Erstreckung der Hülse 50 hinaus.
Die Platte 20 ist zwischen dem Gehäuseunterteil 10 und der Rotoraufnahme 30 (in axialer z-Richtung) angeordnet. Die Rotoraufnahme 30 ist zwischen der Platte 20 und dem Lagerelement 40 (in axialer z-Richtung) angeordnet.
Ausgehend von dem Einlassbereich 22, 31, 41 kann das Fluid in einem Raum zwischen dem Außenrotor 36 und dem Innenrotor 35 der Pumpvorrichtung 1 einströmen. Dabei sind der Außenrotor 36 und der Innenrotor 35 von der Rotoraufnahme 30 aufgenommen.
Der Innenrotor 35 und der Außenrotor 36 sind zueinander radial exzentrisch angeordnet. Der Innenrotor 35 kann über eine Welle 90 angetrieben werden, spezifisch durch eine Rotation der Welle 90 in Rotation versetzt werden. Dabei ist der Innenrotor 35 mit der Welle 90 drehstarr gekoppelt.
Der Innenrotor 35 umfasst nach außen gerichtete Zähne und der Außenrotor 36 umfasst nach innen gerichtete Zähne, wobei die Zähne des Innenrotors 35 und Außenrotors 36 jeweils paarweise eine Förderkammer definieren. Die Förderkammern weiten sich in Drehrichtung auf der Einlassseite (aus dem Einlassbereich 22, 31, 41) und nehmen dort Fluid auf. Während einer weiteren Drehung des Innenrotors 35 verkleinert sich die Förderkammer, sodass der Druck in dem Fluid steigt. Das Fluid mit erhöhtem Druck wird im Auslassbereich 23, 43 ausgelassen.
Der Außenrotor 36 kann einen Außendurchmesser von weniger als 100 mm, insbesondere von weniger als 50 mm, aufweisen.
Der Auslassbereich 23, 43 des Innenrotors 35 und des Außenrotors 36 weist einen axial (z-Richtung) oberhalb und unterhalb des Innenrotors 35 und des Außenrotors 36 gelegenen Bereich auf. Der untere Bereich ist durch eine Ausnehmung 23 in der Platte 20 gebildet. Dabei ist die Ausnehmung 23 in einer Ebene senkrecht zur axialen z-Richtung insbesondere nierenförmig ausgebildet. Speziell ist die Ausnehmung 23 durchgängig durch die gesamte axiale Höhe der Platte 20 ausgebildet.
Der obere Bereich des Auslassbereichs 23, 43 ist gebildet durch eine Ausnehmung 43 in dem Lagerelement 40.
Ausgehend von dem Auslassbereich 23, 43 kann das Fluid mit erhöhtem Druck über Ausnehmungen 45, 46 in dem Lagerelement 40 in einen Spalt 61 strömen. Ausgehend von dem Spalt 61 kann das Fluid über Spalten 62, 63, 64, 65, 66, 67 in Richtung des Auslasses 18 in dem Gehäuseunterteil 10 strömen. Dabei durchströmt es eine Ausnehmung 55 in dem Lagerelement 40, eine Ausnehmung 32 in der Rotoraufnahme 30 und eine Ausnehmung 24 in der Platte 20.
Das Fluid kann zwischen dem Innengehäuse 60 und einer Innenmagnetaufnahme 80 strömen.
Die Innenmagnetaufnahme 80 umfasst zumindest einen Magneten 82, insbesondere mehrere Magnete 82, speziell acht Magnete 82. Eine Außenmagnetaufnahme 70 umfasst einen Magneten 72, insbesondere mehrere Magnete 72, speziell acht Magnete 72. Dabei wird der Magnet 72 in der Außenmagnetaufnahme 70 als Außenmagnet 72 bezeichnet und der Magnet 82 in der Innenmagnetaufnahme 80 als Innenmagnet 82 bezeichnet.
Die Innenmagnetaufnahme 80 ist mit der Welle 90 drehstarr gekoppelt, sodass eine Rotation der Innenmagnetaufnahme 80 zu einer Rotation der Welle 90 führt. Der Innenmagnet 82 ist magnetisch mit dem Außenmagneten 72 gekoppelt, sodass eine Rotation der Außenmagnetaufnahme 70 zu einer Rotation der Innenmagnetaufnahme 80 führt.
Der Innenrotor 35 kann also über eine Rotation der Außenmagnetaufnahme 70 angetrieben werden.
Dadurch, dass das Fluid zwischen dem Innengehäuse 60 und der Innenmagnetaufnahme 80 strömt, kann das Innengehäuse 60 im Betrieb gekühlt werden.
Insbesondere die Strömungsverbindung für das Fluid zwischen den Spalten 61 und 66 sorgt des Weiteren für eine Schmierung der Wellenlagerung im Betrieb der Pumpvorrichtung 1.
Die Hülse 50 kann eine erste Nut 51 aufweisen und kann eine zweite Nut 52 aufweisen. In der oder in den Nuten 51, 52 kann jeweils ein Dichtelement 51b, 52b angeordnet sein. Speziell handelt es sich bei dem Dichtelement (jeweils) um einen O-Ring. Der O-Ring kann einen Kunststoff, insbesondere ein Elastomer, umfassen.
Die Dichtelemente 51b, 52b dichten die Verbindung zwischen der Hülse 50 und dem Innengehäuse 60, beziehungsweise zwischen der Hülse 50 und den Gehäuseunterteil 10 ab. Dadurch bildet sich ein Dichtelementkanal 51a zwischen der Hülse 50 und dem Innengehäuse 60. Ein weiterer Dichtelementkanal 52a bildet sich zwischen dem Gehäuseunterteil 10 und der Hülse 50.
Die Dichtelementkanäle 51a, 52a können umlaufend, insbesondere vollständig umlaufend, ausgebildet sein, dies in φ-Richtung des betrachteten Zylinderkoordinatensystems.
Mit Blick auf die detailliertere Ansicht der Pumpvorrichtung 1 in 2a werden die Kanäle 42, 54, 13 beschrieben.
Tritt das zu transportierende Fluid durch den Einlass in den Gehäuseunterteil 10 in den Einlassbereich 22, 31, 41 ein, strömt dieses gegen eine Fläche 41a des Lagerelements 40. In dem Bereich PH, in dem das Fluid gegen die Fläche 41a des Lagerelements 40 strömt, bildet sich ein Fluidvolumen mit erhöhtem Druck (Staudruck).
Bei einer optionalen Umlenkung des Fluids im Einlass des Gehäuseunterteils 10 durch die Umlenkung 12 entstehen Verwirbelungen in der Fluidführung, die in dem Bereich des Übergangs von dem Gehäuseunterteil 10 in den Einlassbereich 22, 31, 41 einen Bereich PL mit reduziertem Druck verursachen.
Der Einlassbereich 22, 31, 41 ist über einen Kanal 42 mit dem Dichtelementkanal 51a (Nut 51) fluidkommunizierend verbunden. Auch ist der Einlassbereich 22, 31, 41 über einen Kanal 13 mit dem zweiten Dichtelementkanal 52b (Nut 52) fluidkommunizierend verbunden. Der Abschnitt 11b des Einlasses in dem Gehäuseunterteil 10 ist über den Kanal 13 mit dem zweiten Dichtelementkanal 52a fluidkommunizierend verbunden.
Durch einen Kanal 54 ist der erste Dichtelementkanal 51a mit dem zweiten Dichtelementkanal 52a fluidkommunizierend verbunden.
Durch eine Druckdifferenz zwischen dem Bereich mit hohem Druck PH (Staudruck) und dem Bereich mit reduziertem Druck PL (Verwirbelung) erfolgt eine Fluidströmung über den Kanal 42 in den Dichtelementkanal 51a und über den Kanal 54 in den Dichtelementkanal 52a. Über den Kanal 13 (im Bereich des Bereichs PL mit reduziertem Druck) kann das Fluid aus dem Dichtelementkanal 52a in den Einlassbereich 22, 31, 41 strömen.
Der Bereich mit reduziertem Druck PL entsteht durch Verwirbelungen aufgrund der umgelenkten Fluidführung durch die Umlenkung 12. Wird auf die Umlenkung 12 verzichtet, ist der Bereich mit dem erhöhten Druck PH (Staudruck) ausreichend groß um die Förderung des Fluids über den Kanal 42 in den Dichtelementkanal 51a und über den Kanal 54 in den Dichtelementkanal 52a und über den Kanal 13 in den Einlassbereich 22, 31, 42 zu gewährleisten.
Durch Ausnutzen der lokalen Druckverhältnisse in der Fluidführung durch die Pumpvorrichtung 1, kann eine Spülung der Dichtelementkanäle 51a, 52a erreicht werden, ohne dass eine zusätzliche Triebkraft (z. B. externe Pumpe) notwendig ist.
Die Ausnehmung 23 in der Platte 20 ist über den Kanal 17 mit dem Auslass 18 verbunden. Dadurch findet eine Spülung der Ausnehmung 23 statt.
Eine Vertiefung unterhalb des Auslasses des Innenrotors und des Außenrotors 35, 36 ist technisch vorgesehen, um eine stabile Lagerung des Innenrotors 35 und des Außenrotors 36 zu gewährleisten. Indes wurde bei bekanntem System die Vertiefung möglichst gering gewählt, damit eine Ausspülung des Volumens der geringen Vertiefung ermöglicht wird. Fertigungstechnisch sind Sacklöcher (geringe Vertiefung) jedoch schwierig und aufwendig herzustellen.
Der Übersichtlichkeit halber ist 2a in 2b erneut gezeigt, wobei zwei Schnitte A-A und B-B markiert sind.
Der Schnitt A-A ist in 3 dargestellt. Unter anderem sind flächig ein Abschnitt des Lagerelements 40 und ein Abschnitt der Innenmagnetaufnahme 80 sowie ein Abschnitt der Welle 90 erkennbar.
Eine in etwa nierenförmige Ausnehmung in dem Lagerelement 40 begrenzt einen Teil des Auslassbereiches 23, 43 des Innenrotors 35 und Außenrotors 36. Eine weitere Ausnehmung begrenzt den Kanal 55 als Abschnitt der Fluidführung durch die Pumpvorrichtung 1 nahe des Auslasses 18.
Die sich radial nach außen erstreckende Ausnehmung, die in dem Schnitt A-A erkennbar ist, bildet in der Pumpvorrichtung 1 den Kanal 41.
Im Bereich des Kanals 42 zeigt das Lagerelement 40 einen Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung, die sich senkrecht zur dargestellten Ebene erstreckt (also in z-Richtung). Durch den Kanal 42 ist der Dichtelementkanal 51a mit dem Einlassbereich 22, 31, 41 des Innenrotors und Außenrotors 35, 36 fluidkommunizierend verbunden.
Weiter zeigt der Schnitt A-A (rechts) einen weiteren Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung, durch den der Kanal 54 teilweise gebildet ist. Bei dem Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung handelt es sich um eine Abflachung der gedacht fortgeführten Kreiskontur des Lagerelements 40.
Durch den Mittelpunkt der Welle 90 und durch den Mittelpunkt des Abschnitts mit reduzierter radialer Erstreckung zur teilweisen Bildung des Kanals 54 kann eine erste Hilfslinie L1 konstruiert werden. Durch den Mittelpunkt der Welle 90 und durch den Mittelpunkt des Abschnitts mit reduzierter radialer Erstreckung zur teilweisen Bildung des Kanals 42 kann eine zweite Hilfslinie L2 konstruiert werden. Dies jeweils in einer Ebene senkrecht zur axialen z-Richtung (Schnittebene A-A).
Zwischen den Hilfslinien L1, L2 ist ein Winkel α gegeben. Der Winkel α liegt bevorzugt zwischen 150 ° und 210 °, bevorzugter zwischen 160 ° und 200 °.
Der Winkel α kann im Wesentlichen ungleich 180 ° sein. Dabei erlaubt das im Wesentlichen eine Abweichung von ±5 °.
In 4 ist der Schnitt B-B dargestellt.
Dabei ist flächig das Gehäuseunterteil 10 erkennbar. Der Abschnitt 11b des Einlasses in dem Gehäuseunterteil ist radial verlängert, um eine Vertiefung, die den Kanal 13 bildet. Über den Kanal 13 ist der Dichtelementkanal 52a mit dem Einlassbereich 22, 31, 41 und dem Einlass 11a, 11b des Gehäuseunterteils 10 fluidkommunizierend verbunden.
Ausgehend von der Ausnehmung 18 als Teil des Auslasses in dem Gehäuseunterteil 10 ist eine Vertiefung in dem Gehäuseunterteil 10 ausgebildet, die den Kanal 17 bildet. Durch den Kanal 17 ist der Auslassbereich 23, 43 des Innenrotors 35 und des Außenrotors 36 fluidkommunizierend mit dem Auslass 18 in dem Gehäuseunterteil 10 verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011051486 A1 [0006]
US 4400147 A [0007]

Claims

Pumpvorrichtung zum Transportieren eines Fluids, die Pumpvorrichtung mit (a) einem Gehäuseunterteil (10), wobei das Gehäuseunterteil (10) einen Einlass (11a,11b) für das zu transportierende Fluid umfasst; (b) einem Innenrotor (35) und einem Außenrotor (36), wobei der Innenrotor (35) radial exzentrisch zum Außenrotor (36) gelagert ist, sodass zwischen dem Innenrotor (35) und dem Außenrotor (36) eine bewegbare Förderkammer ausbildbar ist, durch die das Fluid aus einem Einlassbereich (22,31,41) für den Innenrotor (35) und Außenrotor (36) mit niedrigem Druck zu einem Auslassbereich (23,43) für den Innenrotor (35) und Außenrotor (36) mit höherem Druck transportierbar ist, und wobei der Einlassbereich (22,31,41) mit dem Einlass (11a,11b) fluidkommunizierend verbunden ist; und (c) einer Hülse (50) zur Aufnahme des Innenrotors (35) und des Außenrotors (36) in einer Rotoraufnahme (30), wobei die Hülse (50) eine umlaufende (erste) Nut (51) aufweist und die Nut (51) über einen (ersten) Kanal (42) fluidkommunizierend mit dem Einlassbereich (22,31,41) verbunden ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hülse (50) eine zweite umlaufende Nut (52) aufweist, und die zweite Nut (52) über einen zweiten Kanal (54) fluidkommunizierend mit der ersten Nut (51) verbunden ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Nut (52) über einen dritten Kanal (13) fluidkommunizierend mit dem Einlassbereich (22,31,41) und/oder dem Einlass (11a,11b) verbunden ist.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der (ersten) Nut (51) und/oder in der zweiten Nut (52) jeweils ein Dichtelement (51a,52a), insbesondere jeweils ein O-Ring, angeordnet ist.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei (a) die Rotoraufnahme (30) den Innenrotor (35) und den Außenrotor (36) aufnimmt und die Rotoraufnahme (30) von der Hülse (50) zumindest abschnittsweise aufgenommen ist, und/oder (b) die Pumpvorrichtung eine Platte (20) umfasst, die von der Hülse (50) zumindest abschnittsweise aufgenommen ist, und/oder (c) die Pumpvorrichtung ein Lagerelement (40) umfasst, das eine Welle (90) zum Antrieb des Innenrotors (35) lagert, wobei das Lagerelement (40) zumindest abschnittsweise von der Hülse (50) aufgenommen ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Lagerelement (40) einen Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung aufweist, durch den der (erste) Kanal (42) teilweise gebildet ist, insbesondere zwischen der Hülse (50) und dem Lagerelement (40).
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Rotoraufnahme (30), die Platte (20) und das Lagerelement (40) jeweils einen Abschnitt mit reduzierter radialer Erstreckung aufweisen, durch die der zweite Kanal (54) teilweise gebildet ist, insbesondere zwischen der Rotoraufnahme (30), der Platte (20), dem Lagerelement (40) und der Hülse (50).
Pumpvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Abschnitte mit reduzierter radialer Erstreckung der Rotoraufnahme (30), der Platte (20) und des Lagerelements (40) axial fluchtend ausgebildet sind.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Gehäuseunterteil (10) eine Vertiefung aufweist, durch die der dritte Kanal (13) teilweise gebildet ist, insbesondere zwischen dem Gehäuseunterteil (10) und der Platte (20).
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Gehäuseunterteil (10) einen Auslass (18) für das zu transportierende Fluid umfasst, und wobei der Auslassbereich (23,43) über einen vierten Kanal (17) fluidkommunizierend mit dem Auslass (18) verbunden ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Gehäuseunterteil (10) eine Vertiefung aufweist, durch die der vierte Kanal (17) teilweise gebildet ist, insbesondere zwischen dem Gehäuseunterteil (10) und einer Platte (20).
Pumpvorrichtung zum Transportieren eines Fluids, die Pumpvorrichtung mit (a) einem Gehäuseunterteil (10), wobei das Gehäuseunterteil (10) einen Auslass (18) für das zu transportierende Fluid umfasst; (b) einem Innenrotor (35) und einem Außenrotor (36), wobei der Innenrotor (35) radial exzentrisch zum Außenrotor (36) gelagert ist, sodass zwischen dem Innenrotor (35) und dem Außenrotor (36) eine bewegbare Förderkammer ausbildbar ist, durch die das Fluid aus einem Einlassbereich (22,31,41) für den Innenrotor (35) und Außenrotor (36) mit niedrigem Druck zu einem Auslassbereich (23,43) für den Innenrotor (35) und Außenrotor (36) mit höherem Druck transportierbar ist, und wobei der Auslassbereich (23,43) mit dem Auslass (18) fluidkommunizierend verbunden ist; und (c) einer Platte (20), wobei die Platte (20) eine Ausnehmung aufweist, durch die ein Teil (23) des Auslassbereiches (23,43) gebildet ist, wobei der Teil (23) des Auslassbereiches (23,43) über einen Kanal (17) fluidkommunizierend mit dem Auslass (18) verbunden ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Platte (20) zumindest abschnittsweise das Gehäuseunterteil (10) kontaktierend angeordnet ist.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13 wobei die Platte (20) zumindest abschnittsweise eine Rotoraufnahme (30), die den Innen- und Außenrotor (35,36) aufnimmt, kontaktierend angeordnet ist.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Gehäuseunterteil (10) eine Vertiefung aufweist, durch die der Kanal (17) teilweise ausgebildet, insbesondere zwischen dem Gehäuseunterteil (10) und der Platte (20).
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Ausnehmung der Platte (20) eine axiale Höhe von mindestens 1,0 mm aufweist.
Pumpvorrichtung zum Transportieren eines Fluids, die Pumpvorrichtung mit (a) einem Innengehäuse (60), das einen Fluidpfad (45,46,61, ... 67) für das zu transportierende Fluid durch die Pumpvorrichtung teilweise begrenzt; (b) einem Innenrotor (35) und einem Außenrotor (36), wobei der Innenrotor (35) radial exzentrisch zum Außenrotor (36) gelagert ist, sodass zwischen dem Innenrotor (35) und dem Außenrotor (36) eine bewegbare Förderkammer ausbildbar ist, durch die das Fluid aus einem Einlassbereich (22,31,41) für den Innenrotor (35) und Außenrotor (36) mit niedrigem Druck zu einem Auslassbereich (23,43) für den Innenrotor (35) und Außenrotor (36) mit höherem Druck transportierbar ist; und (c) einer Hülse (50) zur Aufnahme des Innenrotors (35) und des Außenrotors (36) in einer Rotoraufnahme (30); (d) wobei zwischen dem Innengehäuse (60) und der Hülse (50) ein umlaufender (erster) Dichtelementkanal (51a) gebildet ist, und wobei der Dichtelementkanal (51a) über einen (ersten) Kanal (42) fluidkommunizierend mit dem Einlassbereich (22,31,41) verbunden ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 17, mit einem Gehäuseunterteil (10), wobei das Gehäuseunterteil (10) einen Einlass (11a,11b) für das zu transportierende Fluid umfasst, und wobei zwischen dem Gehäuseunterteil (10) und der Hülse (50) ein zweiter Dichtelementkanal (52a) gebildet ist und der erste Dichtelementkanal (51a) über einen zweiten Kanal (54) fluidkommunizierend mit dem zweiten Dichtelementkanal (52a) verbunden ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 18, wobei der zweite Dichtelementkanal (52a) über einen dritten Kanal (13) fluidkommunizierend mit dem Einlassbereich (22,31,41) und/oder dem Einlass (11a,11b) verbunden ist.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei ein/das Gehäuseunterteil (10) einen Auslass (18) für das zu transportierende Fluid umfasst, und wobei der Auslassbereich (23,43) über einen vierten Kanal (17) fluidkommunizierend mit dem Auslass (18) verbunden ist.
Selbstspülende Mikropumpenanordnung zum Transport eines Fluids, die Mikropumpenanordnung mit ... (a) einer Mikropumpe (35,36) für den Transport des Fluids von einem Einlass (11c) zu einem Auslass; (b) einem - im Betriebszustand der Mikropumpe - fluiddurchströmten Innenraum, wobei der Innenraum mit einem Dichtelement (51b,52b) nach außen abgedichtet ist und das Dichtelement (51b,52b) in einer Aufnahme (51a,52a) angeordnet ist; (c) einem Kanalsystem (11a,11b,22,31,41, ... 18) als Transportweg für das Fluid in dem Innenraum, wobei das Kanalsystem (11a,11b,22,31,41, ... 18) einen Saugkanal (11a,11b,22,31,41) zur Mikropumpe (35,36) und einen Druckkanal (23,43,45, ... 18) von der Mikropumpe (35,36) aufweist; wobei c1. im bevorzugt abgewinkelten Saugkanal (11a,11b,22,31,41) zumindest eine zusätzliche Kanalstruktur (13,42,54) zur Selbstspülung angeordnet ist; c2. der Saugkanal (11a,11b,22,31,41) so ausgebildet ist, dass sich im Betriebszustand der Mikropumpe an zwei beabstandeten Stellen (PL,PH) ein erster Differenzdruck einstellt, so dass über die zumindest eine zusätzliche Kanalstruktur (13,42,54) die Aufnahme (51a,52a) spülfähig ist.
Mikropumpenanordnung nach Anspruch 21, wobei der Saugkanal (11a,11b,22,31,41) eine Umlenkung (12) um im Wesentlichen 90° aufweist (90°±10%).
Mikropumpenanordnung nach Anspruch 21 oder 22, mit zwei oder mehr als zwei Dichtelementen (51b,52b) zur Abdichtung des Innenraums nach außen.
Mikropumpenanordnung nach Anspruch 23, wobei jeweils eines der zwei oder mehr als zwei Dichtelemente (51b,52b) in einer von zwei oder mehr als zwei Aufnahmen (51a,52a) angeordnet ist.
Mikropumpenanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Druckkanal (23,43,45, ... 18) eine weitere zusätzliche Kanalstruktur (17) zur Spülung einer Ausnehmung (23) in einer Platte (20) umfasst.
Mikropumpenanordnung nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei die Aufnahme(n) (51a,52a) eine Ringnut mit rechteckigem Querschnitt ist.
Mikropumpenanordnung nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei der erste Differenzdruck weniger als 100 mbar beträgt.
Mikropumpenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Mikropumpe (35,36) eine Zahnringpumpe ist mit zwei ineinander gleitenden gegeneinander drehfähigen Zahnrädern, zum Transport, insbesondere zum Fördern, des Fluids.
Mikropumpenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Mikropumpe als Zahnringpumpe in einer Pumpenaufnahme (30) angeordnet ist, und im Betriebszustand einen zweiten Differenzdruck zur Hauptförderung des Fluids zu erzeugen vermag, der oberhalb des ersten Differenzdrucks gelegen ist.