EP3617448A1 - Pumpenanordnung - Google Patents

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EP3617448A1
EP3617448A1 EP19202447.9A EP19202447A EP3617448A1 EP 3617448 A1 EP3617448 A1 EP 3617448A1 EP 19202447 A EP19202447 A EP 19202447A EP 3617448 A1 EP3617448 A1 EP 3617448A1
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EP
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housing
pump arrangement
stator
side wall
drive
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Nils BORNEMANN
Stefan TILLER
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GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH
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GKN Sinter Metals Engineering GmbH
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    • F04C23/02—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors

Definitions

  • the present invention relates to a pump arrangement, at least comprising a first housing, in which at least a first drive means for conveying a fluid is rotatably mounted, a first drive shaft of the first drive means extending at least through a first side wall of the first housing along an axial direction .
  • the pump arrangement is a delivery device for a water-urea solution (eg Adblue), which is preferably used in a motor vehicle for treating an exhaust gas of an internal combustion engine.
  • Such pump arrangements for water-urea solutions have been known for a long time.
  • An electrical drive unit is usually connected to the drive shaft of the drive means.
  • the drive means for conveying a fluid is driven via the drive shaft of such rotary pumps.
  • a drive means such.
  • a pump arrangement that is as compact as possible is to be provided, in particular making noises from the pump arrangement as far as possible.
  • care must also be taken to avoid freezing the solution in the pipes.
  • the water-urea solution is therefore conveyed from the line back into a storage tank.
  • the drive means must also be driven in the opposite direction of rotation.
  • the invention relates to a pump arrangement, at least comprising a first housing, in which at least a first drive means for conveying a fluid is rotatably arranged, a first drive shaft of the first drive means extending at least through a first side wall of the first housing along an axial direction; wherein at least one first rotor of a first axial-flow electric drive is arranged on the first drive shaft outside the first housing, the first axial-flow electric drive having only one (first - assigned to the first axial-flow electric drive and first rotor) stator (in particular no further ( second) stator).
  • the first housing encloses at least the first drive means in a liquid-tight manner, connections being provided for supplying and discharging the fluid to be conveyed.
  • the first drive shaft extends through a first side wall of the first housing, a liquid-tight seal also being provided here between the first side wall and the first drive shaft.
  • a first rotor of a first axial-flow electric drive (AFM: axial-flow motor) is provided, which is arranged on the first drive shaft for transmitting torque to the first drive means.
  • the first housing encloses at least the first drive means, connections being provided for supplying and discharging the fluid to be conveyed.
  • the first drive shaft extends through a first side wall of the first housing.
  • a first rotor of a first axial-flow electric drive (AFM: axial-flow motor) is provided, which is arranged on the first drive shaft for transmitting torque to the first drive means.
  • the first housing is not made liquid-tight, so that the fluid to be pumped as a leakage stream, for. B. along the first drive shaft, can emerge from the first housing.
  • the first housing is preferably designed such that as a result of this leakage flow from the first housing (that is, a fluid outflow and / or fluid inflow not exclusively via the connections for supplying and discharging the fluid) there is no significant impairment of the delivery capacity of the pump arrangement.
  • the leakage flow is at most 5% of the delivery rate (the delivery volume flow) of the pump arrangement.
  • the first axial flow electric drive comprises a (single) stator and a first rotor, which are arranged coaxially to one another.
  • the stator can have a soft magnetic material, for example a so-called “Soft Magnetic Composite” (SMC), or a combination of electrical sheets and SMC.
  • SMC Soft Magnetic Composite
  • the coils of the stator comprise cores, which are preferably pressed and baked from a soft magnetic material.
  • the SMC material is not sintered here. Rather, the temperature is controlled below a melting temperature, but this is sufficient for the cores to retain their geometry permanently.
  • the rotor of the axial flow electric drive can have permanent magnets or soft magnetic elements, for example in cutouts.
  • a permanent-magnet synchronous or brushless DC motor abbreviated BLDC
  • BLDC brushless DC motor
  • a reluctance motor can be created as an electric motor with an axial design, for example, with soft magnetic elements.
  • stator in particular using SMC, as well as further details also relating to a rotor, can be found, for example, in the post-published PCT / EP2015 / 075036 by the applicant, to which reference is made in the context of the disclosure of the present invention.
  • the first axial flow electric drive has in particular an electrical power consumption of less than 100 watts, preferably less than 50 watts.
  • the fluid is delivered with a delivery pressure of at most 10 bar.
  • the first drive shaft is unsupported outside the first housing or is supported by at least one bearing that is only in the axial Absorbs acting forces.
  • no radial bearing that is to say a bearing which serves to support forces acting in the radial direction, outside the first housing is required here.
  • the first drive shaft is therefore in particular exclusively supported in the first housing, so that the installation space for the otherwise required bearings outside the first housing is not required. This enables a particularly compact design of the pump arrangement.
  • At least the first drive shaft is mounted exclusively on the first housing, for. B. over the first side wall and / or a second side wall, wherein in particular the material of the side walls forms the bearing surface.
  • a leakage flow of the fluid to be conveyed along the first drive shaft can cause lubrication of the bearings.
  • a pressure chamber of the pump arrangement is preferably fluidically connected to an area outside the first housing via an opening at least in the first side wall. This allows a (in terms of quantity) controlled volume flow of the fluid to be conveyed to emerge from the first housing and flow back into the first housing via the bearings.
  • the first axial flow electric drive is arranged in a second housing, which can be repeatedly and releasably connected to the first housing.
  • the first axial flow electric drive is thus arranged so as to be protected from the fluid to be conveyed, the individual components of the pump arrangement being interchangeable and / or serviceable independently of one another.
  • the first rotor is arranged directly adjacent to the first side wall and between the first side wall and a stator of the first axial flow electric drive.
  • the first drive shaft can be made very short, since the first rotor connected to the first drive shaft is arranged directly adjacent to the first end wall, through which the first drive shaft extends, starting from the first housing, into the second housing.
  • a stator of the first axial flow electric drive is arranged directly adjacent to the first side wall and between the first side wall and the first rotor.
  • the first drive shaft is longer, since it also extends through the stator to the first rotor.
  • the stator (ie its components, in particular coils, cores and yoke rings) is preferably arranged in a radial direction outside the at least one first drive means.
  • the stator (that is to say at least one of the components of the coil, core and yoke ring) is preferably arranged to overlap with the first housing along the axial direction, preferably overlapping with at least one bearing of the first drive shaft, particularly preferably overlapping with the at least one first drive means.
  • This preferred embodiment enables a particularly compact construction of the pump arrangement, the (only) the at least one first drive means, the first side wall and the first rotor being arranged next to one another along the axial direction and thus determining the size of the pump arrangement along the axial direction.
  • stator is inseparably connected to the first side wall.
  • stator forms at least part of the first end wall.
  • the first drive means is preferably a first gear rotor.
  • This can e.g. B. be designed as part of a gear pump, the gear pump can be constructed as an external gear pump with preferably involute teeth, as an internal gear pump or as a gerotor pump, for example as a gerotor pump or as a sickle pump.
  • the gear pump can be a screw pump.
  • At least the first gear rotor is made of a plastic.
  • the gear rotor having a further sound reduction means in addition to the porosity.
  • the content of the DE 10 2015 201 873 directed. It has been found that by varying the density in the wheel body of the gear rotor, the transmission path of the structure-borne sound waves from generation at the ring gear to the hub can be interrupted or the sound waves can be broken or reflected in such a way that the structure-borne sound signal at the output, namely the shaft / bore of the Gear rotor turns out significantly lower.
  • the variations in density can be carried out rotationally symmetrically or locally.
  • a gear rotor in a disk arrangement with different densities is also possible.
  • the angle of the plane of the individual layers can deviate from the preferred plane, the horizontal plane of the component. Since the structure-borne noise spreads better in materials with higher density than in materials with lower density, it is also possible to introduce sound-guiding channels in the gear rotor or only in the toothing, which specifically deflect or weaken the structure-borne sound waves.
  • the channels and / or local density variations can be filled with pure material of different densities as well as with combinations of different materials such as iron powder or oil.
  • Manufacturing process as a conventional pressing of metallic powder as it is also in a modified form from the WO 2013/067995 A1 emerges, as well as an additive manufacturing of metallic material and / or plastic, for example with a device such as that from the DE 10 2013 103006 A1 example, can also be used, in particular to produce low-noise gear rotors. But it can also be manufacturing processes are used as they are basically from the EP 2 221 131 A1 , the EP 1 407 877 A1 , the EP 1 34527 A2 or also the JP S60-162 702 A emerge.
  • stator ie at least one of the components of the coil, core and yoke ring
  • stator is arranged to overlap with at least one bearing of the first drive shaft, particularly preferably overlap with the at least one first drive means.
  • the first housing has an amagnetic material at least in a region adjacent to the stator, preferably the electromagnetic yoke (ring) and in particular to the cores of the stator.
  • the necessary formation of the electromagnetic field for generating a torque on the rotor of the axial flow motor is not or only slightly disturbed.
  • a second axial flow electric drive is arranged outside the first housing and on a second side wall of the first housing opposite the first side wall; wherein the second axial flow electric drive is either torque-transmitting connected to the first drive shaft or to a second drive shaft of a second drive means arranged in the first housing.
  • the second axial flow electric drive is connected to the second drive shaft in a torque-transmitting manner, the second drive means being a second gear rotor which is arranged in a meshing manner with the first gear rotor for conveying the fluid, the two gear rotors being arranged clamped to one another via the two axial flow electric drives .
  • the bracing of the two gear rotors ensures that the gear rotors are meshed without any play so that noises can be minimized.
  • this tension can also be set when the direction of rotation of the drive means is reversed (e.g. when a water-urea solution is returned to a tank to avoid ice formation in the lines).
  • the two axial flow electric drives are constructed identically, but are arranged offset with respect to one another at the opposite ends of the gear rotor with respect to the arrangement of the stator poles.
  • the offset can be designed such that wave trough, caused by the first axial flow electric drive, and Wellenberg, caused by the second axial flow electric drive, virtually overlap in their torque effect. This enables a balanced, and above all more uniform, drive of the gear rotor. This in turn leads to a reduction in noise emissions from the meshing gears.
  • the equalization of the torque on the driven shaft leads in particular to a smoother contact of the individual teeth of the meshing gears. Striking the intermeshing teeth can at least be minimized.
  • the first axial flow electric drive forms at least one heating element which is connected to the first side wall in a heat-conducting manner via at least one heat-conducting structure.
  • the one stator with its coils can be used as a heating element of the first housing.
  • the heat development occurring there can, for. B. can be introduced conductively into the first housing via the first side wall.
  • a corresponding current can be made available which flows through the coils of the stator poles.
  • the back surface of the stator is completely connected to the first housing, that is, for. B. forms the first side wall itself.
  • the stator is therefore preferably placed directly on the first housing or z. B. inserted into a first side wall designed as a cover of the first housing.
  • a metallic, electrically conductive powder can also be used, for example in the case of a rotating, rotating filling shoe for filling with at least two different materials, such as that from the DE 10 2014 006 374 emerges.
  • conductive heat paths heat-conducting structure
  • electrically heatable paths heat-conducting structure
  • the first side wall forms in particular at least part of a fluid-carrying channel. At least a part of the side wall preferably contacts the delivered fluid in the region of the channel (for example in the region of the drive means). In particular, only this partial area is formed with a heat-conducting structure, so that the heat generated in the area of the stator can be deliberately released to the fluid via the heat-conducting structure.
  • a temperature sensor can be used to generate heat.
  • a temperature sensor can be attached to the pump arrangement itself.
  • an existing temperature sensor on power electronics of the pump arrangement is used to decide whether and to what extent a current is sent through the stator. This can be stored, for example, in a control unit which is associated with the urea injection. For example, if the temperature is detected too low, heating can take place before the internal combustion engine actually starts. If you think of today's keyless systems for opening and starting, opening them could trigger the precautionary heating. This would make it possible to heat the pump itself, which is supplemented with heat, for example eg from a tank heater or as waste heat from a still warm internal combustion engine. As a result, the system could immediately be operational even at low temperatures or remain operational.
  • a compensation for a different thermal expansion of the different materials is provided in the pump arrangement.
  • the fluid or the urea solution can be exposed to temperatures that can fluctuate strongly due to the environment but also due to the operation, for example in deep frosts of, for example, -35 ° C. and due to the conditions when the urea solution is injected, at least briefly + 100 ° C. This also affects the individual components, which stretch or contract differently due to the ambient temperature. Therefore, the pump arrangement can have, for example, a spring-loaded tracking in its interior, which allows, for example, the minimization of otherwise occurring gap dimensions.
  • the motor vehicle urea pump can also have a second gear on a second shaft, the two gears meshing with one another and building up pressure.
  • Both gears can be constructed from the same material.
  • both gearwheels can also be constructed from a material that is different from one another.
  • one gearwheel can be made from a plastic, the other gearwheel from a metal.
  • Composite gear wheels can also be used, that is to say the gear wheel has different materials, for example a core made of metal and a surface made of plastic or vice versa.
  • Helical gears are preferably used in meshing gears. However, it can also be advantageous to use straight toothed gears to increase the pressure.
  • the gearwheel or gearwheels are preferably produced as spur gearwheels with a manufacturing quality in which the gearwheel has a quality quality of the designed gearwheel according to DIN 3961 and DIN 3962 with respect to at least one parameter, preferably a total profile error F ⁇ , of a profile angle error f H ⁇ and a profile shape error f ⁇ of at least grade 6, preferably of at least grade 5 or better, for at least one of these values, in particular at least these three values.
  • the first housing can also have additional damping, by means of which a pump noise is reduced. Such density variations as described above can be used here, for example. Other options described here for minimizing structure-borne noise in or on the housing can also be used to achieve the additional damping.
  • damping of a noise or a noise spectrum cannot be achieved only by different sintered materials and / or densities in sintered materials. Also by targeted open porosity of the sintered material or by closing pores, for example by adding copper, for example in connection with different densities, possibly by using green-in-green manufacturing processes with inner and outer material as well as by one or more coatings On components, for example with a plastic, damping can be set specifically.
  • Fig. 1 shows an exploded view of a first pump arrangement 1 in a perspective view.
  • Fig. 2 shows the exploded view of the first pump arrangement 1 according to Fig. 1 in a side view in section.
  • Fig. 3 shows the first pump arrangement 1 according to 1 and 2 in a side view in section and Fig. 4 which the first pump arrangement 1 according to Fig. 3 in a top view.
  • the 1 to 4 are described together below. Inlets and outlets for the fluid 4 and electrical components (control unit, electrical connections etc.) are not shown here, since their arrangement is usually known to the person skilled in the art.
  • the pump arrangement 1 comprises a first housing 2 with a first side wall 6 and a receptacle 10 for the drive means 3, 21; here two meshing gear rotors.
  • the drive means 3, 21 are rotatably mounted in the first housing 2 for conveying a fluid 4, a first drive shaft 5 of the first drive means 3 extending through the first side wall 6 of the first housing 2 along an axial direction 7. Outside the first housing 2, a first rotor 8 of a first axial-flow electric drive 9 is arranged on the first drive shaft 5.
  • the first housing 2 encloses the drive means 3, 21, in particular in a vapor-tight and liquid-tight manner, connections being provided for supplying and discharging the fluid 4 to be conveyed.
  • the first drive shaft 5 extends through a first side wall 6 of the first housing 2, a liquid-tight seal also being provided here between the first side wall 6 and the first drive shaft 5.
  • the first axial flow electric drive 9 comprises a (first) stator 13 and a first rotor 8, which are arranged coaxially to one another.
  • the coils 15 of the stator 13 interact with magnets 22 of the first rotor 8 to generate a torque for driving the first rotor 8 and thus the first drive shaft 5 in the circumferential direction 16.
  • the stator 13 has a plurality of coils 15, which are arranged in a circumferential direction 16 evenly spaced from one another on a yoke plate of the stator 13.
  • the first drive shaft 5 is only inside the first housing 2 via radial bearings (which absorb the forces in the radial direction 24) and possibly axial bearings (the forces in the axial direction) 7 record) stored. Outside the first housing 2, the first drive shaft 5 is arranged without bearings.
  • the first axial-flow electric drive 9 is arranged in a second housing 12, which can be repeatedly connected to the first housing 2 in a detachable manner.
  • the first axial flow electric drive 9 is thus arranged so as to be protected from the fluid 4 to be conveyed, the individual components of the pump arrangement 1 being interchangeable and / or serviceable independently of one another.
  • the stator 13 has a soft magnetic material 17, for example a so-called “soft magnetic composite” (SMC), or a combination of electrical sheets and SMC.
  • SMC soft magnetic composite
  • FIG. 5 to 7 show a second pump arrangement 1.
  • Fig. 5 shows an exploded view of a second pump arrangement 1 in a perspective view.
  • Fig. 6 shows the exploded view of the second pump arrangement 1 according to Fig. 5 in a side view in section.
  • Fig. 7 shows the second pump arrangement 1 according to 5 and 6 in a side view in section.
  • the first rotor 8 and the stator 13 are interchanged here.
  • the stator 13 of the first axial flow electric drive 9 is arranged directly adjacent to the first side wall 6 and between the first side wall 6 and the first rotor 8.
  • the first drive shaft 5 is longer, since it also extends through the stator 13 to the first rotor 8.
  • the stator 13 with its coils 15 can be used as a heating element 25 of the first housing 2.
  • the heat development occurring there can, for. B. can be introduced conductively via the first side wall 6 into the first housing 2.
  • a corresponding current can be made available by the power electronics, which current flows through the coils 15 of the stator poles of the stator 13.
  • the stator 13 is completely connected with its rear surface to the first housing 2, here in this case to the first side wall 6.
  • the first side wall 6 forms at least part of a channel carrying fluid 4 (in the area of the first drive means 3 and the second drive means 21). In this case, at least a part of the first side wall 6 contacts the delivered fluid 4 in the region of the channel (eg in the region of the drive means 3, 21).
  • a heat-conducting structure 26 formed, so that the heat generated in the area of the stator 15 can be deliberately released to the fluid 4 via the heat-conducting structure 26.
  • Fig. 8 shows a third pump arrangement 1 in a side view.
  • a second axial flow electric drive 18 is arranged outside the first housing 2 in a third housing 23 and on a second side wall 19 of the first housing 2 opposite the first side wall 6.
  • the second axial flow electric drive 18 is connected to a second drive shaft 20 of the second drive means 21 arranged in the first housing 2 in a torque-transmitting manner, the second drive means 21 being a second gear rotor which is arranged in mesh with the first gear rotor for conveying the fluid 4.
  • Fig. 9 shows a fourth pump arrangement 1 in a side view. To the explanations Fig. 8 is referred. In contrast to the third pump arrangement 1, the second axial flow electric drive 18 is connected to the first drive shaft 5 in a torque-transmitting manner.
  • Fig. 10 shows a fifth pump arrangement 1 in a side view.
  • the stator 13 ie its components, coils 15, cores and yoke ring 14
  • the stator 13 overlaps the first housing 2 along the axial direction 7, here overlapping with at least one bearing 11 (radial bearing, axial bearing, slide bearing, friction bearing) of the first Drive shaft 5 and arranged overlapping with the at least one first drive means 3.
  • Fig. 11 shows a sixth pump arrangement 1 in a side view.
  • the first drive shaft 5 is here mounted outside the first housing 2 by means of a bearing 11, the bearing 11 absorbing forces acting exclusively in the axial direction 7.
  • a bearing 11 which serves to support forces acting in the radial direction 24, outside the first housing 2.
  • the first drive shaft 5 is supported exclusively in the first housing 2, so that the installation space for the otherwise required bearings 11 outside the first housing 2 is not required.
  • a particularly compact design of the pump arrangement 1 is thus possible.

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  • Details And Applications Of Rotary Liquid Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung 1, zumindest umfassend ein erstes Gehäuse 2, in dem zumindest ein erstes Antriebsmittel 3 zur Förderung eines Fluids 4 drehbar gelagert angeordnet ist, wobei eine erste Antriebswelle 5 des ersten Antriebsmittels 3 sich zumindest durch eine erste Seitenwand 6 des ersten Gehäuses 2 entlang einer axialen Richtung 7 hindurch erstreckt; wobei außerhalb des ersten Gehäuses 2 zumindest ein erster Rotor 8 eines ersten Axialfluss-Elektroantriebs 9 auf der ersten Antriebswelle 5 angeordnet ist, wobei der erste Axialfluss-Elektroantrieb (9) nur einen Stator (13) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung, zumindest umfassend ein erstes Gehäuse, in dem zumindest ein erstes Antriebsmittel zur Förderung eines Fluids drehbar gelagert angeordnet ist, wobei eine erste Antriebswelle des ersten Antriebsmittels sich zumindest durch eine erste Seitenwand des ersten Gehäuses entlang einer axialen Richtung hindurch erstreckt. Insbesondere handelt es sich bei der Pumpenanordnung um eine Fördereinrichtung für eine Wasser-Harnstoff-Lösung (z. B. Adblue), die bevorzugt in einem Kraftfahrzeug zur Behandlung eines Abgases eines Verbrennungsmotors eingesetzt wird.
  • Solche Pumpenanordnungen für Wasser-Harnstoff-Lösungen sind seit langem bekannt. Dabei wird üblicherweise eine elektrische Antriebseinheit an die Antriebswelle des Antriebsmittels angeschlossen. Über die Antriebswelle solcher Rotationspumpen wird das Antriebsmittel zur Förderung eines Fluids angetrieben. Als Antriebsmittel sind z. B. Zahnradrotoren (bei Zahnradpumpen) bekannt. Gerade für die Anwendung in Kraftfahrzeugen ist eine möglichst kompakt bauende Pumpenanordnung bereitzustellen, wobei insbesondere Geräusche der Pumpenanordnung so weit wie möglich zu vermeiden sind. Weiterhin ist bei der Förderung von Wasser-Harnstoff-Lösungen zu beachten, dass ein Einfrieren der Lösung in den Leitungen möglichst vermieden wird. Üblicherweise wird daher die Wasser-Harnstoff-Lösung aus der Leitung zurück in einen Vorratstank gefördert. Dafür ist das Antriebsmittel jedoch auch in der entgegengesetzten Drehrichtung anzutreiben.
  • Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest zu lindern oder gar zu lösen. Insbesondere soll eine kompakt bauende Pumpenanordnung vorgeschlagen werden, die sich durch eine geringe Geräuschentwicklung auszeichnet.
  • Zur Lösung dieser Aufgaben wird eine Pumpenanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. 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 Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
  • Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung, zumindest umfassend ein erstes Gehäuse, in dem zumindest ein erstes Antriebsmittel zur Förderung eines Fluids drehbar gelagert angeordnet ist, wobei eine erste Antriebswelle des ersten Antriebsmittels sich zumindest durch eine erste Seitenwand des ersten Gehäuses entlang einer axialen Richtung hindurch erstreckt; wobei außerhalb des ersten Gehäuses zumindest ein erster Rotor eines ersten Axialfluss-Elektroantriebs auf der ersten Antriebswelle angeordnet ist, wobei der erste Axialfluss-Elektroantrieb nur einen (ersten - dem ersten Axialfluss-Elektroantrieb und erster Rotor zugeordneten) Stator aufweist (also insbesondere keinen weiteren (zweiten) Stator).
  • Insbesondere umschließt das erste Gehäuse zumindest das erste Antriebsmittel flüssigkeitsdicht, wobei Anschlüsse zum Zu- und Ableiten des zu fördernden Fluids vorgesehen sind. Die erste Antriebswelle erstreckt sich durch eine erste Seitenwand des ersten Gehäuses hindurch, wobei auch hier eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der ersten Seitenwand und der ersten Antriebswelle vorgesehen ist. Außerhalb des ersten Gehäuses ist ein erster Rotor eines ersten Axialfluss-Elektroantriebs (AFM: Axialflussmotor) vorgesehen, der auf der ersten Antriebswelle zur Übertragung eines Drehmoments hin zu dem ersten Antriebsmittel angeordnet ist. Infolge der getrennten Anordnung von Antriebsmittel und Elektroantrieb kann eine Beschädigung des Elektroantriebs durch das geförderte Fluid vermieden werden.
  • Insbesondere umschließt das erste Gehäuse zumindest das erste Antriebsmittel, wobei Anschlüsse zum Zu- und Ableiten des zu fördernden Fluids vorgesehen sind. Die erste Antriebswelle erstreckt sich durch eine erste Seitenwand des ersten Gehäuses hindurch. Außerhalb des ersten Gehäuses ist ein erster Rotor eines ersten Axialfluss-Elektroantriebs (AFM: Axialflussmotor) vorgesehen, der auf der ersten Antriebswelle zur Übertragung eines Drehmoments hin zu dem ersten Antriebsmittel angeordnet ist. Bevorzugt ist das erste Gehäuse nicht flüssigkeitsdicht ausgeführt, so dass das zu fördernde Fluid als Leckagestrom, z. B. entlang der ersten Antriebswelle, aus dem ersten Gehäuse austreten kann. Allerdings ist das erste Gehäuse bevorzugt so ausgeführt, dass infolge dieses Leckagestroms aus dem ersten Gehäuse (also ein Fluidabfluss und/oder Fluidzufluss nicht ausschließlich über die Anschlüsse zum Zu- und Ableiten des Fluids) keine wesentliche Beeinträchtigung der Förderleistung der Pumpenanordnung erfolgt. Insbesondere beträgt der Leckagestrom höchstens 5 % der Förderleistung (des Fördervolumenstroms) der Pumpenanordnung.
  • Der erste Axialfluss-Elektroantrieb umfasst einen (einzelnen) Stator und einen ersten Rotor, die koaxial zueinander angeordnet sind. Der Stator kann ein weichmagnetisches Material aufweisen, zum Beispiel ein sogenanntes "Soft Magnetic Composite" (SMC), oder eine Kombination aus Elektroblechen und SMC. Die Spulen des Stators umfassen Kerne, die bevorzugt aus einem weichmagnetischen Material verpresst und verbackt hergestellt sind. Das SMC-Material wird hierbei nicht gesintert. Vielmehr erfolgt eine Temperierung auf unterhalb einer Schmelztemperatur, die jedoch ausreichend ist, dass die Kerne ihre Geometrie dauerhaft bewahren.
  • Der Rotor des Axialfluss-Elektroantriebs kann Permanentmagnete oder auch weichmagnetische Elemente zum Beispiel in Aussparungen aufweisen. So kann mit Permanentmagneten als Axialfluss-Elektromotor ein permanenterregter Synchron- oder bürstenloser Gleichstrommotor, abgekürzt BLDC, gebildet werden, während beispielsweise mit weichmagnetischen Elementen ein Reluktanzmotor als Elektromotor in axialer Bauweise geschaffen werden kann.
  • Der Aufbau eines Stators, insbesondere unter Nutzung von SMC sowie weitere Einzelheiten auch betreffend einen Rotor gehen beispielsweise aus der nach-veröffentlichten PCT/EP2015/075036 der Anmelderin hervor, auf die im Rahmen der Offenbarung der vorliegenden Erfindung verwiesen wird.
  • Der erste Axialfluss-Elektroantrieb weist insbesondere eine elektrische Leistungsaufnahme von weniger als 100 Watt, bevorzugt von weniger als 50 Watt auf. Insbesondere wird das Fluid mit einem Förderdruck von höchstens 10 bar gefördert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste Antriebswelle außerhalb des ersten Gehäuses ungelagert oder durch zumindest ein Lager gelagert, das ausschließlich in der axialen Richtung wirkende Kräfte aufnimmt. Es ist hier also insbesondere kein Radiallager, also ein Lager, das der Abstützung gegenüber in radialer Richtung wirkenden Kräften dient, außerhalb des ersten Gehäuses erforderlich. Die erste Antriebswelle ist also insbesondere ausschließlich in dem ersten Gehäuse gelagert, so dass der Bauraum für sonst erforderliche Lager außerhalb des ersten Gehäuses nicht benötigt wird. Damit ist eine besonders kompakte Ausführung der Pumpenanordnung möglich.
  • Dabei können als Lager sogenannte Reiblager oder Gleitlager eingesetzt werden. Bevorzugt ist zumindest die erste Antriebswelle ausschließlich über das erste Gehäuse gelagert, z. B. über die erste Seitenwand und/oder eine zweite Seitenwand, wobei insbesondere das Material der Seitenwände die Lagerfläche bildet.
  • Insbesondere kann dabei ein Leckagestrom des zu fördernden Fluids entlang der ersten Antriebswelle eine Schmierung der Lager bewirken. Bevorzugt ist ein Druckraum der Pumpenanordnung über eine Öffnung zumindest in der ersten Seitenwand mit einem Bereich außerhalb des ersten Gehäuses fluidtechnisch verbunden. Damit kann ein (hinsichtlich der Menge) kontrollierter Volumenstrom des zu fördernden Fluids aus dem ersten Gehäuse austreten und über die Lager zurück in das erste Gehäuse strömen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Axialfluss-Elektroantrieb in einem zweiten Gehäuse angeordnet, dass mit dem ersten Gehäuse wiederholbar lösbar verbindbar ist. Damit ist der erste Axialfluss-Elektroantrieb gegenüber dem zu fördernden Fluid geschützt angeordnet, wobei die einzelnen Komponenten der Pumpenanordnung voneinander unabhängig austauschbar und/oder zu warten sind.
  • Insbesondere ist der erste Rotor unmittelbar benachbart zur ersten Seitenwand und zwischen der ersten Seitenwand und einem Stator des ersten Axialfluss-Elektroantriebs angeordnet. Bei dieser Anordnung kann die erste Antriebswelle sehr kurz ausgeführt sein, da der mit der ersten Antriebswelle verbundene erste Rotor unmittelbar benachbart zur ersten Stirnwand angeordnet ist, durch die sich die erste Antriebswelle, ausgehend von dem ersten Gehäuse, in das zweite Gehäuse hinein erstreckt.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist ein Stator des ersten Axialfluss-Elektroantriebs unmittelbar benachbart zur ersten Seitenwand und zwischen der ersten Seitenwand und dem ersten Rotor angeordnet. Hier ist die erste Antriebswelle länger auszuführen, da sie sich auch durch den Stator hindurch bis hin zum ersten Rotor erstreckt.
  • Bevorzugt ist der Stator (also dessen Komponenten, insbesondere Spulen, Kerne und Rückschlussring) in einer radialen Richtung außerhalb des zumindest einen ersten Antriebsmittels angeordnet.
  • Bevorzugt ist der Stator (also zumindest eine der Komponenten von Spule, Kern und Rückschlussring) entlang der axialen Richtung überlappend mit dem ersten Gehäuse, bevorzugt überlappend mit zumindest einem Lager der ersten Antriebswelle, besondere bevorzugt überlappend mit dem zumindest einen ersten Antriebsmittel angeordnet.
  • Diese bevorzugte Ausgestaltung ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau der Pumpenanordnung, wobei (ausschließlich) das zumindest eine erste Antriebsmittel, die erste Seitenwand und der erste Rotor entlang der axialen Richtung nebeneinander angeordnet sind und somit die Baugröße der Pumpenanordnung entlang der axialen Richtung bestimmen.
  • Insbesondere ist der Stator mit der ersten Seitenwand untrennbar verbunden. Insbesondere bildet der Stator zumindest einen Teil der ersten Stirnwand.
  • Bevorzugt ist das erste Antriebsmittel ein erster Zahnradrotor. Dieser kann z. B. als Bestandteil einer Zahnradpumpe ausgeführt sein, wobei die Zahnradpumpe als Außenzahnradpumpe mit bevorzugt Evolventenverzahnung, als Innenzahnradpumpe oder auch als Zahnringpumpe aufgebaut sein kann, beispielsweise als Gerotorpumpe oder als Sichelpumpe. Weiterhin kann die Zahnradpumpe eine Schraubenspindelpumpe sein.
  • Insbesondere ist zumindest der erste Zahnradrotor aus einem Kunststoff hergestellt.
  • Insbesondere wird vorgeschlagen, zumindest den ersten Zahnradrotor aus einem gesinterten Material mit einer Porosität herzustellen, wobei der Zahnradrotor neben der Porosität ein weiteres Schallminderungsmittel aufweist. Hierbei wird insbesondere auf den Inhalt der DE 10 2015 201 873 verwiesen. Es hat sich herausgestellt, dass durch eine Variation der Dichte im Radkörper des Zahnradrotors der Übertragungspfad der Körperschallwellen von der Erzeugung am Zahnkranz zur Nabe unterbrochen bzw. die Schallwellen so gebrochen oder reflektiert werden können, das das Körperschallsignal am Ausgang, nämlich der Welle/Bohrung des Zahnradrotors, deutlich geringer ausfällt. Die Variationen der Dichte können dabei rotationssymmetrisch oder lokal ausgeführt werden. Ebenso möglich ist ein Zahnradrotor in Scheibenanordnung mit unterschiedlich ausgeführten Dichten. Der Winkel der Ebene der einzelnen Schichten kann dabei von der Vorzugsebene, der horizontalen Ebene des Bauteils abweichen. Da sich der Körperschall in Materialien mit höherer Dichte besser ausbreitet als in Materialien mit geringerer Dichte ist es auch möglich, Schallführungskanäle in den Zahnradrotor oder nur in die Verzahnung einzubringen, die die Körperschallwellen gezielt umlenken oder abschwächen. Dabei können die Kanäle und/oder lokalen Dichtevariationen sowohl mit reinem Material unterschiedlicher Dichte ausgefüllt werden als auch mit Kombinationen aus verschiedenen Materialien wie Eisenpulver oder auch Öl.
  • Diese schallmindernden Geometrien können mit unterschiedlichen Herstellverfahren realisiert werden. Hierzu gehören zum Beispiel ein intelligenter Füllschuh, insbesondere ein sich rotatorisch drehender Füllschuh zur Befüllung mit zumindest zwei unterschiedlichen Materialien, so wie es zum Beispiel aus der DE 10 2014 006 374 hervorgeht. Dadurch können zum Beispiel Dichtevariationen bereits beim Pressvorgang hergestellt werden. Des Weiteren kann auch ein als Grün-in-Grün bezeichnetes Herstellungsverfahren, wie es aus der DE 10 2009 042 598 hervorgeht, genutzt werden, um beispielsweise Dichtevariationen zu erzeugen. Herstellungsverfahren wie ein konventionelles Pressen von metallischem Pulver, wie es auch in abgewandelter Form aus der WO 2013/067995 A1 hervorgeht, sowie eine additive Fertigung von metallischem Werkstoff und/oder Kunststoff, zum Beispiel mit einer Vorrichtung, wie sie aus der DE 10 2013 103006 A1 beispielhaft hervorgeht, können ebenfalls zum Einsatz kommen, insbesondere um geräuscharme Zahnradrotoren herzustellen. Es können aber auch Herstellungsverfahren eingesetzt werden, wie sie grundsätzlich aus der EP 2 221 131 A1 , der EP 1 407 877 A1 , der EP 1 34527 A2 oder auch der JP S60-162 702 A hervorgehen.
  • Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Stator durch das erste Gehäuse gebildet wird. Beispielsweise kann hierzu in das erste Gehäuse der Stator eingelassen sein. Dieses ist beispielsweis mittels eines Verfahrens Grün-in-Grün möglich, was oben schon beschrieben wurde und auf das diesbezüglich verwiesen wird. Auch kann der Stator in das erste Gehäuse eingesetzt werden. So kann zum Beispiel eine Außenseite des ersten Gehäuses einen Ausschnitt aufweisen, in den der Stator eingepresst werden kann. Beispielsweise kann das erste Gehäuse in diesem Bereich aus Kunststoff sein, während der Stator aus metallischem Material hergestellt ist. Beispielsweise kann ein Rückschlussring eingepresst werden, auf dem die Statorpole angeordnet sind.
  • Insbesondere ist bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft, wenn der Stator (also zumindest eine der Komponenten von Spule, Kern und Rückschlussring) überlappend mit zumindest einem Lager der ersten Antriebswelle, besondere bevorzugt überlappend mit dem zumindest einen ersten Antriebsmittel angeordnet ist.
  • Bevorzugt ist es, wenn das erste Gehäuse zumindest in einem Bereich benachbart zu dem Stator, vorzugsweise dem elektromagnetischen Rückschluss(-ring) und insbesondere zu den Kernen des Stators ein amagnetisches Material aufweist. Dadurch wird die notwendige Ausbildung des elektromagnetischen Feldes zur Erzeugung eines Drehmoments am Rotor des Axialfluss-Motors nicht oder nur gering gestört.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein zweiter Axialfluss-Elektroantrieb außerhalb des ersten Gehäuses und an einer, der ersten Seitenwand gegenüberliegenden zweiten Seitenwand des ersten Gehäuses angeordnet; wobei der zweite Axialfluss-Elektroantrieb entweder mit der ersten Antriebswelle oder mit einer zweiten Antriebswelle eines in dem ersten Gehäuse angeordneten zweiten Antriebsmittels drehmomentübertragend verbunden ist. Insbesondere ist der zweite Axialfluss-Elektroantrieb mit der zweiten Antriebswelle drehmomentübertragend verbunden, wobei das zweite Antriebsmittel ein zweiter Zahnradrotor ist, der mit dem ersten Zahnradrotor zur Förderung des Fluids kämmend angeordnet ist, wobei die zwei Zahnradrotoren über die zwei Axialfluss-Elektroantriebe verspannt zueinander angeordnet sind.
  • Die Verspannung der zwei Zahnradrotoren bewirkt ein ständig spielfreies Kämmen der Zahnradrotoren, so dass Geräusche minimiert werden können. Insbesondere kann diese Verspannung auch bei Umkehrung der Drehrichtung der Antriebsmittel eingestellt werden (z. B. bei Rückförderung einer Wasser-Harnstoff-Lösung in einen Tank zur Vermeidung von Eisbildung in den Leitungen).
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die beiden Axialfluss-Elektroantriebe zwar gleich aufgebaut, aber in Bezug auf die Anordnung der Statorpole versetzt zueinander an entgegengesetzten Enden des Zahnradrotors angeordnet. Durch ein Versetzen ist es beispielsweise möglich, einen Ausgleich zwischen erzeugten elektromagnetischen Wellen des Axialfluss-Elektroantriebs zu erzielen. Beispielsweise kann je nach Aufbau der Axialfluss-Elektroantriebe der Versatz so ausgelegt sein, dass sich Wellental, verursacht durch den ersten Axialfluss- Elektroantrieb, und Wellenberg, verursacht durch den zweiten Axialfluss- Elektroantrieb, in ihrer Drehmomentwirkung quasi überlagern. Dadurch gelingt ein ausgeglichener, vor allem gleichförmigerer Antrieb des Zahnradrotors. Das führt wiederum zu einer Reduzierung von Geräuschemissionen an den miteinander kämmenden Zahnrädern. Die Vergleichmäßigung des Drehmoments an der angetriebenen Welle führt insbesondere zu einem ruhigeren Kontaktieren der einzelnen Zähne der miteinander kämmenden Zahnräder. Ein Anschlagen der miteinander kämmenden Zähne lässt sich zumindest minimieren.
  • Insbesondere bildet zumindest der erste Axialfluss-Elektroantrieb mindestens ein Heizelement, das über mindestens eine Wärmeleitstruktur mit der ersten Seitenwand wärmeleitend verbunden ist. Insbesondere kann der eine Stator mit seinen Spulen als Heizelement des ersten Gehäuses genutzt werden. Die dort auftretende Wärmeentwicklung kann z. B. konduktiv über die erste Seitenwand in das erste Gehäuse eingebracht werden. Durch die Leistungselektronik kann hierfür zum Beispiel ein entsprechender Strom zur Verfügung gestellt werden, der durch die Spulen der Statorpole strömt. Um einen guten Wärmeübergang zu schaffen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Stator mit seiner Rückfläche vollständig mit dem ersten Gehäuse verbunden ist, also z. B. die erste Seitenwand selber bildet. Der Stator wird daher als erste Seitenwand bevorzugt direkt auf das erste Gehäuse aufgesetzt oder z. B. in eine als Deckel des ersten Gehäuses ausgeführte erste Seitenwand eingesetzt.
  • Zur Herstellung des Stators bzw. der ersten Seitenwand bzw. von Wärmeleitstrukturen kann beispielsweise ein metallisches, elektrisch leitfähiges Pulver mitgenutzt werden, zum Beispiel bei einem rotatorisch sich drehenden Füllschuh zur Befüllung mit zumindest zwei unterschiedlichen Materialien, so wie es zum Beispiel aus der DE 10 2014 006 374 hervorgeht. Dadurch können zum Beispiel nicht nur Dichtevariationen sondern auch konduktive Wärmewege (Wärmeleitstruktur) und elektrisch beheizbare Wege (Wärmeleitstruktur) bereits beim Pressvorgang (des Stators, der ersten Seitenwand) hergestellt werden.
  • Die erste Seitenwand bildet insbesondere zumindest einen Teil eines Fluid führenden Kanals. Bevorzugt kontaktiert zumindest ein Teil der Seitenwand das geförderte Fluid im Bereich des Kanals (z. B. im Bereich der Antriebsmittel). Insbesondere ist nur dieser Teilbereich mit einer Wärmeleitstruktur ausgebildet, so dass die im Bereich des Stators generierte Wärme über die Wärmeleitstruktur gezielt an das Fluid abgegeben werden kann.
  • Für die Wärmeerzeugung kann beispielsweise auf einen Temperatursensor zurückgegriffen werden. Ein derartiger Temperatursensor kann an der Pumpenanordnung selbst angebracht sein. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass ein vorhandener Temperatursensor an einer Leistungselektronik der Pumpenanordnung genutzt wird um zu entscheiden, ob und wie stark ein Strom durch den Stator geschickt wird. Derartiges kann beispielsweise in einem Steuergerät hinterlegt werden, welches der Harnstoffeinspritzung zugeordnet ist. So kann beispielsweise bei Detektierung zu tiefer Temperaturen schon vor dem eigentlichen Start des Verbrennungsmotors die Beheizung erfolgen. Denkt man an heutige Keyless-Systeme zum Öffnen und Starten, könnte daher das Öffnen schon die vorsorgliche Beheizung auslösen. Damit wäre eine Beheizung der Pumpe selbst möglich, die beispielsweise ergänzt wird mit Wärme, die z.B. von einer Tankbeheizung oder als Abwärme von einem noch warmen Verbrennungsmotor herrührt. Damit könnte das System auch bei tiefen Temperaturen sofort einsatzfähig sein bzw. einsatzfähig bleiben.
  • Weiterhin ist gemäß einer Ausgestaltung vorgesehen, dass eine Kompensation einer unterschiedlichen Wärmedehnung der verschiedenen Werkstoffe in der Pumpenanordnung vorgesehen ist. Das Fluid bzw. die Harnstofflösung kann Temperaturen ausgesetzt werden, die umgebungsbedingt aber auch betriebsbedingt stark schwanken können, zum Beispiel bei tiefem Frost von zum Beispiel -35°C und aufgrund der Bedingungen beim Einspritzen der Harnstoff-lösung von zumindest kurzfristig +100°C. Dieses wirkt sich ebenfalls auf die einzelnen Komponenten auf, die aufgrund der Umgebungstemperatur sich schon unterschiedlich dehnen bzw. kontrahieren. Daher kann die Pumpenanordnung beispielsweise in ihrem Inneren eine federgespannte Nachführung aufweisen, die eine Minimierung von zum Beispiel ansonsten entstehenden Spaltmaßen erlaubt.
  • Es wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung zur Förderung einer Wasser-Harnstoff-Lösung in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen.
  • Neben einem ersten Zahnrad kann die Kraftfahrzeug-Ureapumpe auch ein zweites Zahnrad auf einer zweiten Welle aufweisen, wobei die beiden Zahnräder miteinander kämmen und dabei einen Druck aufbauen. Es können beide Zahnräder aus dem gleichen Material aufgebaut sein. Es können aber auch beide Zahnräder aus voneinander unterschiedlichem Material aufgebaut sein, Beispielsweise kann das eine Zahnrad aus einem Kunststoff bestehen, das andere Zahnrad aus einem Metall. Auch können Verbundzahnräder zum Einsatz kommen, das heißt, das Zahnrad weist unterschiedliche Materialien auf, beispielsweise einen Kern aus Metall und eine Oberfläche aus Kunststoff oder umgekehrt. Bevorzugt werden bei miteinander kämmenden Zahnrädern schrägverzahnte Zahnräder genutzt. Allerdings kann es für die Druckerhöhung ebenfalls von Vorteil sein, geradverzahnte Zahnräder zu nutzen. Bevorzugt werden das oder die Zahnräder als Stirnrad-Zahnräder mit einer Fertigungsqualität hergestellt, bei dem das Zahnrad eine Qualitätsgüte des ausgelegten Zahnrads gemäß DIN 3961 und DIN 3962 bezüglich zumindest eines Parameters, vorzugsweise eines totalen Profilfehlers Fα, eines Profilwinkelfehlers fHα und eines Profilformfehlers fα von zumindest der Güte 6, bevorzugt von zumindest der Güte 5 oder besser aufweist bei zumindest einem dieser Werte, insbesondere zumindest diesen drei Werten. Beispielsweise kann auch das erste Gehäuse eine zusätzliche Dämpfung aufweisen, mittels der ein Pumpgeräusch verringert wird. Derartige Dichtevariationen wie oben beschrieben können zum Beispiel hierbei eingesetzt werden. Auch andere hier beschriebene Möglichkeiten, einen Körperschall im oder am Gehäuse zu minimieren, können zum Einsatz kommen, die zusätzliche Dämpfung zu erzielen.
  • Des Weiteren kann eine Dämpfung von einem Geräusch oder einem Geräuschspektrum nicht nur durch unterschiedliche Sintermaterialien und/oder Dichten bei Sintermaterialien erzielt werden. Auch durch gezielte Offenporigkeit des Sintermaterials bzw. Verschließen von Poren, beispielsweise durch Zugabe von Kupfer, zum Beispiel in Verbindung mit unterschiedlichen Dichten, evtl. durch Einsatz von Grün-in-Grün-Herstellungsverfahren mit Innen- und Außenmaterial wie auch durch ein oder mehrere Überzüge an Bauteilen zum Beispiel mit einem Kunststoff, kann eine Dämpfung gezielt eingestellt werden.
  • Insbesondere werden folgende Ausführungsformen vorgeschlagen:
    1. 1. Pumpenanordnung (1), zumindest umfassend ein erstes Gehäuse (2), in dem zumindest ein erstes Antriebsmittel (3) zur Förderung eines Fluids (4) drehbar gelagert angeordnet ist, wobei eine erste Antriebswelle (5) des ersten Antriebsmittels (3) sich zumindest durch eine erste Seitenwand (6) des ersten Gehäuses (2) entlang einer axialen Richtung (7) hindurch erstreckt; wobei außerhalb des ersten Gehäuses (2) zumindest ein erster Rotor (8) eines ersten Axialfluss-Elektroantriebs (9) auf der ersten Antriebswelle (5) angeordnet ist, wobei der erste Axialfluss-Elektroantrieb (9) nur einen Stator (13) aufweist.
    2. 2. Pumpenanordnung (1) nach Ausführungsform 1, wobei die erste Antriebswelle (5) außerhalb des ersten Gehäuses (2) ungelagert ist oder durch zumindest ein Lager (11) gelagert ist, das ausschließlich in der axialen Richtung (7) wirkende Kräfte aufnimmt.
    3. 3. Pumpenanordnung (1) nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der erste Axialfluss-Elektroantrieb (9) in einem zweiten Gehäuse (12) angeordnet ist, dass mit dem ersten Gehäuse (2) wiederholbar lösbar verbindbar ist.
    4. 4. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der erste Rotor (8) unmittelbar benachbart zur ersten Seitenwand (6) und zwischen der ersten Seitenwand (6) und einem Stator (13) des ersten Axialfluss-Elektroantriebs (9) angeordnet ist.
    5. 5. Pumpenanordnung (1) nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 1 bis 3, wobei der Stator (13) unmittelbar benachbart zur ersten Seitenwand (6) und zwischen der ersten Seitenwand (6) und dem ersten Rotor (8) angeordnet ist.
    6. 6. Pumpenanordnung (1) nach Ausführungsform 5, wobei der Stator (13) in einer radialen Richtung (24) außerhalb des zumindest einen ersten Antriebsmittels (3) angeordnet ist.
    7. 7. Pumpenanordnung (1) nach Ausführungsform 6, wobei der Stator (13) entlang der axialen Richtung (7) überlappend mit dem ersten Gehäuse (2) angeordnet ist.
    8. 8. Pumpenanordnung (1) nach Ausführungsform 7, wobei der Stator (13) entlang der axialen Richtung (7) überlappend mit dem zumindest einen ersten Antriebsmittel (3) angeordnet ist.
    9. 9. Pumpenanordnung (1) nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen 5 bis 8, wobei der Stator (13) mit der ersten Seitenwand (6) untrennbar verbunden ist.
    10. 10. Pumpenanordnung (1) nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das erste Antriebsmittel (3) ein erster Zahnradrotor ist.
    11. 11. Pumpenanordnung (1) nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Stator (13) des Axialfluss-Elektroantriebs (9) SMC (soft magnetic composite) umfassende Materialien (17) aufweist.
    12. 12. Pumpenanordnung (1) nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei zumindest der erste Axialfluss-Elektroantrieb (9) mindestens ein Heizelement (25) bildet, das über mindestens eine Wärmeleitstruktur (26) mit der ersten Seitenwand (6) wärmeleitend verbunden ist.
    13. 13. Pumpenanordnung (1) nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei ein zweiter Axialfluss-Elektroantrieb (18) außerhalb des ersten Gehäuses (2) und an einer, der ersten Seitenwand (6) gegenüberliegenden zweiten Seitenwand (19) des ersten Gehäuses (2) angeordnet ist; wobei der zweite Axialfluss-Elektroantrieb (18) entweder mit der ersten Antriebswelle (5) oder mit einer zweiten Antriebswelle (20) eines in dem ersten Gehäuse (2) angeordneten zweiten Antriebsmittels (21) drehmomentübertragend verbunden ist.
    14. 14. Pumpenanordnung (1) nach Ausführungsform 13, wobei der zweite Axialfluss-Elektroantrieb (18) mit der zweiten Antriebswelle (20) drehmomentübertragend verbunden ist und wobei das zweite Antriebsmittel (21) ein zweiter Zahnradrotor (22) ist, der mit dem ersten Zahnradrotor zur Förderung des Fluids (4) kämmend angeordnet ist, wobei die zwei Zahnradrotoren über die zwei Axialfluss-Elektroantriebe (9, 18) verspannt zueinander angeordnet sind.
    15. 15. Verwendung der Pumpenanordnung (1) nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen zur Förderung einer Wasser-Harnstoff-Lösung in einem Kraftfahrzeug.
  • Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, 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 samt Figuren zu kombinieren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1:
    eine Explosionsdarstellung einer ersten Pumpenanordnung in perspektivischer Ansicht;
    Fig. 2:
    die Explosionsdarstellung der ersten Pumpenanordnung gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht im Schnitt;
    Fig. 3:
    die erste Pumpenanordnung gemäß Fig. 1 und 2 in einer Seitenansicht im Schnitt;
    Fig. 4:
    die erste Pumpenanordnung gemäß Fig. 3 in einer Draufsicht;
    Fig. 5:
    eine Explosionsdarstellung einer zweiten Pumpenanordnung in perspektivischer Ansicht;
    Fig. 6:
    die Explosionsdarstellung der zweiten Pumpenanordnung gemäß Fig. 5 in einer Seitenansicht im Schnitt;
    Fig. 7:
    die zweite Pumpenanordnung gemäß Fig. 5 und 6 in einer Seitenansicht im Schnitt;
    Fig. 8:
    eine dritte Pumpenanordnung in einer Seitenansicht;
    Fig. 9:
    eine vierte Pumpenanordnung in einer Seitenansicht;
    Fig. 10:
    eine fünfte Pumpenanordnung in einer Seitenansicht; und
    Fig. 11:
    eine sechste Pumpenanordnung in einer Seitenansicht.
  • Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer ersten Pumpenanordnung 1 in perspektivischer Ansicht. Fig. 2 zeigt die Explosionsdarstellung der ersten Pumpenanordnung 1 gemäß Fig. 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Fig. 3 zeigt die erste Pumpenanordnung 1 gemäß Fig. 1 und 2 in einer Seitenansicht im Schnitt und Fig. 4 die die erste Pumpenanordnung 1 gemäß Fig. 3 in einer Draufsicht. Die Fig. 1 bis 4 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Zu- und Ableitungen für das Fluid 4 sowie elektrische Komponenten (Steuereinheit, elektrische Anschlüsse etc.) sind hier nicht gezeigt, da deren Anordnung dem Fachmann üblicherweise bekannt ist.
  • Die Pumpenanordnung 1 umfasst ein erstes Gehäuse 2 mit einer ersten Seitenwand 6 und einer Aufnahme 10 für die Antriebsmittel 3, 21; hier zwei miteinander kämmende Zahnradrotoren. Die Antriebsmittel 3, 21 sind in dem ersten Gehäuse 2 zur Förderung eines Fluids 4 drehbar gelagert angeordnet, wobei eine erste Antriebswelle 5 des ersten Antriebsmittels 3 sich durch die erste Seitenwand 6 des ersten Gehäuses 2 entlang einer axialen Richtung 7 hindurch erstreckt. Außerhalb des ersten Gehäuses 2 ist ein erster Rotor 8 eines ersten Axialfluss-Elektroantriebs 9 auf der ersten Antriebswelle 5 angeordnet.
  • Das erste Gehäuse 2 umschließt die Antriebsmittel 3, 21 insbesondere dampf- und flüssigkeitsdicht, wobei Anschlüsse zum Zu- und Ableiten des zu fördernden Fluids 4 vorgesehen sind. Die erste Antriebswelle 5 erstreckt sich durch eine erste Seitenwand 6 des ersten Gehäuses 2 hindurch, wobei auch hier eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der ersten Seitenwand 6 und der ersten Antriebswelle 5 vorgesehen ist. Der erste Axialfluss-Elektroantrieb 9 umfasst einen (ersten) Stator 13 und einen ersten Rotor 8, die koaxial zueinander angeordnet sind. Die Spulen 15 des Stators 13 wirken mit Magneten 22 des ersten Rotors 8 zur Erzeugung eines Drehmoments zum Antrieb des ersten Rotors 8 und damit der ersten Antriebswelle 5 in der Umfangsrichtung 16 zusammen. Der Stator 13 weist eine Mehrzahl von Spulen 15 auf, die in einer Umfangsrichtung 16 gleichmäßig voneinander beabstandet auf einer Rückschlussplatte des Stators 13 angeordnet sind.
  • Die erste Antriebswelle 5 ist nur innerhalb des ersten Gehäuses 2 über Radiallager (die Kräfte in der radialen Richtung 24 aufnehmen) und ggf. Axiallager (die Kräfte in der axialen Richtung 7 aufnehmen) gelagert. Außerhalb des ersten Gehäuses 2 ist die erste Antriebswelle 5 ungelagert angeordnet.
  • Der erste Axialfluss-Elektroantrieb 9 ist in einem zweiten Gehäuse 12 angeordnet, dass mit dem ersten Gehäuse 2 wiederholbar lösbar verbindbar ist. Damit ist der erste Axialfluss-Elektroantrieb 9 gegenüber dem zu fördernden Fluid 4 geschützt angeordnet, wobei die einzelnen Komponenten der Pumpenanordnung 1 voneinander unabhängig austauschbar und/oder zu warten sind.
  • Hier ist der erste Rotor 8 unmittelbar benachbart zur ersten Seitenwand 6 und zwischen der ersten Seitenwand 6 und dem Stator 13 des ersten Axialfluss-Elektroantriebs 9 angeordnet. Bei dieser Anordnung kann die erste Antriebswelle 5 sehr kurz ausgeführt sein, da der mit der ersten Antriebswelle 5 verbundene erste Rotor 8 unmittelbar benachbart zur ersten Stirnwand 6 angeordnet ist, durch die sich die erste Antriebswelle 5, ausgehend von dem ersten Gehäuse 2, in das zweite Gehäuse 12 hinein erstreckt.
  • Der Stator 13 weist ein weichmagnetisches Material 17 auf, zum Beispiel ein sogenanntes "Soft Magnetic Composite" (SMC), oder eine Kombination aus Elektroblechen und SMC.
  • Fig. 5 bis 7 zeigen eine zweite Pumpenanordnung 1. Fig. 5 zeigt eine Explosionsdarstellung einer zweiten Pumpenanordnung 1 in perspektivischer Ansicht. Fig. 6 zeigt die Explosionsdarstellung der zweiten Pumpenanordnung 1 gemäß Fig. 5 in einer Seitenansicht im Schnitt. Fig. 7 zeigt die zweite Pumpenanordnung 1 gemäß Fig. 5 und 6 in einer Seitenansicht im Schnitt.
  • Auf die Ausführungen zu Fig. 1 bis 4 wird Bezug genommen. Im Unterschied zur ersten Pumpenanordnung 1 sind hier der erste Rotor 8 und der Stator 13 vertauscht angeordnet. Hier ist der Stator 13 des ersten Axialfluss-Elektroantriebs 9 unmittelbar benachbart zur ersten Seitenwand 6 und zwischen der ersten Seitenwand 6 und dem ersten Rotor 8 angeordnet. Hier ist die erste Antriebswelle 5 länger auszuführen, da sie sich auch durch den Stator 13 hindurch bis hin zum ersten Rotor 8 erstreckt.
  • Hier kann der Stator 13 mit seinen Spulen 15 als Heizelement 25 des ersten Gehäuses 2 genutzt werden. Die dort auftretende Wärmeentwicklung kann z. B. konduktiv über die erste Seitenwand 6 in das erste Gehäuse 2 eingebracht werden. Durch die Leistungselektronik kann hierfür zum Beispiel ein entsprechender Strom zur Verfügung gestellt werden, der durch die Spulen 15 der Statorpole des Stators 13 strömt. Um einen guten Wärmeübergang zu schaffen, ist der Stator 13 mit seiner Rückfläche vollständig mit dem ersten Gehäuse 2 verbunden, hier also mit der ersten Seitenwand 6.
  • Die erste Seitenwand 6 bildet zumindest einen Teil eines Fluid 4 führenden Kanals (in dem Bereich des ersten Antriebsmittels 3 und des zweiten Antriebsmittels 21). Dabei kontaktiert zumindest ein Teil der ersten Seitenwand 6 das geförderte Fluid 4 im Bereich des Kanals (z. B. im Bereich der Antriebsmittel 3, 21). Hier ist nur in diesem Teilbereich eine Wärmeleitstruktur 26 ausbildet, so dass die im Bereich des Stators 15 generierte Wärme über die Wärmeleitstruktur 26 gezielt an das Fluid 4 abgegeben werden kann.
  • Fig. 8 zeigt eine dritte Pumpenanordnung 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 bis 7 wird Bezug genommen. Im Unterschied zu der ersten und zweiten Pumpenanordnung 1 ist hier ein zweiter Axialfluss-Elektroantrieb 18 außerhalb des ersten Gehäuses 2 in einem dritten Gehäuse 23 und an einer, der ersten Seitenwand 6 gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 19 des ersten Gehäuses 2 angeordnet. Der zweite Axialfluss-Elektroantrieb 18 ist mit einer zweiten Antriebswelle 20 des in dem ersten Gehäuse 2 angeordneten zweiten Antriebsmittels 21 drehmomentübertragend verbunden, wobei das zweite Antriebsmittel 21 ein zweiter Zahnradrotor ist, der mit dem ersten Zahnradrotor zur Förderung des Fluids 4 kämmend angeordnet ist.
  • Fig. 9 zeigt eine vierte Pumpenanordnung 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu Fig. 8 wird verwiesen. Im Unterschied zu der dritten Pumpenanordnung 1 ist der zweite Axialfluss-Elektroantrieb 18 mit der ersten Antriebswelle 5 drehmomentübertragend verbunden.
  • Fig. 10 zeigt eine fünfte Pumpenanordnung 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 5 bis 7 wird Bezug genommen. Im Unterschied zu den Fig. 5 bis 7 ist der Stator 13 (also dessen Komponenten, Spulen 15, Kerne und Rückschlussring 14) in einer radialen Richtung 24 außerhalb des zumindest einen ersten Antriebsmittels 3 angeordnet. Dabei ist der Stator 13 (also zumindest eine der Komponenten von Spulen 15, Kerne und Rückschlussring 14) entlang der axialen Richtung 7 überlappend mit dem ersten Gehäuse 2, hier überlappend mit zumindest einem Lager 11 (Radiallager, Axiallager, Gleitlager, Reiblager) der ersten Antriebswelle 5 und überlappend mit dem zumindest einen ersten Antriebsmittel 3 angeordnet. Diese bevorzugte Ausgestaltung ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau der Pumpenanordnung 1, wobei (ausschließlich) das zumindest eine erste Antriebsmittel 3, die erste Seitenwand 6 (mit dem Lager 11 z. B. als Bestandteil der ersten Seitenwand 6) und der erste Rotor 8 entlang der axialen Richtung 7 nebeneinander angeordnet sind und somit die Baugröße der Pumpenanordnung 1 entlang der axialen Richtung 7 bestimmen.
  • Fig. 11 zeigt eine sechste Pumpenanordnung 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 4 wird Bezug genommen. Im Unterschied zu der ersten Pumpenanordnung 1 ist hier die erste Antriebswelle 5 außerhalb des ersten Gehäuses 2 durch ein Lager 11 gelagert angeordnet, wobei das Lager 11 ausschließlich in der axialen Richtung 7 wirkende Kräfte aufnimmt. Es ist hier also kein Radiallager, also ein Lager 11, das der Abstützung gegenüber in radialer Richtung 24 wirkenden Kräften dient, außerhalb des ersten Gehäuses 2 angeordnet. Auch hier ist die erste Antriebswelle 5 ausschließlich in dem ersten Gehäuse 2 gelagert, so dass der Bauraum für sonst erforderliche Lager 11 außerhalb des ersten Gehäuses 2 nicht benötigt wird. Damit ist eine besonders kompakte Ausführung der Pumpenanordnung 1 möglich.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Pumpenanordnung
    2
    erstes Gehäuse
    3
    erstes Antriebsmittel
    4
    Fluid
    5
    erste Antriebswelle
    6
    erste Seitenwand
    7
    axiale Richtung
    8
    erster Rotor
    9
    erster Axialfluss-Elektroantrieb
    10
    Aufnahme
    11
    Lager
    12
    zweites Gehäuse
    13
    Stator
    14
    Rückschlussring
    15
    Spule
    16
    Umfangsrichtung
    17
    Material
    18
    zweiter Axialfluss-Elektroantrieb
    19
    zweite Seitenwand
    20
    zweite Antriebswelle
    21
    zweites Antriebsmittel
    22
    Magnet
    23
    drittes Gehäuse
    24
    radiale Richtung
    25
    Heizelement
    26
    Wärmeleitstruktur

Claims (14)

  1. Pumpenanordnung (1), zumindest umfassend ein erstes Gehäuse (2), in dem zumindest ein erstes Antriebsmittel (3) zur Förderung eines Fluids (4) drehbar gelagert angeordnet ist, wobei eine erste Antriebswelle (5) des ersten Antriebsmittels (3) sich zumindest durch eine erste Seitenwand (6) des ersten Gehäuses (2) entlang einer axialen Richtung (7) hindurch erstreckt; wobei außerhalb des ersten Gehäuses (2) zumindest ein erster Rotor (8) eines ersten Axialfluss-Elektroantriebs (9) auf der ersten Antriebswelle (5) angeordnet ist, wobei der erste Axialfluss-Elektroantrieb (9) nur einen Stator (13) aufweist; wobei der Stator (13) in einer radialen Richtung (24) außerhalb des zumindest einen ersten Antriebsmittels (3) angeordnet ist.
  2. Pumpenanordnung (1) nach Patentanspruch 1, wobei die erste Antriebswelle (5) außerhalb des ersten Gehäuses (2) ungelagert ist oder durch zumindest ein Lager (11) gelagert ist, das ausschließlich in der axialen Richtung (7) wirkende Kräfte aufnimmt.
  3. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der erste Axialfluss-Elektroantrieb (9) in einem zweiten Gehäuse (12) angeordnet ist, dass mit dem ersten Gehäuse (2) wiederholbar lösbar verbindbar ist.
  4. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Stator (13) unmittelbar benachbart zur ersten Seitenwand (6) und zwischen der ersten Seitenwand (6) und dem ersten Rotor (8) angeordnet ist.
  5. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Stator (13) entlang der axialen Richtung (7) überlappend mit dem ersten Gehäuse (2) angeordnet ist.
  6. Pumpenanordnung (1) nach Patentanspruch 5, wobei der Stator (13) entlang der axialen Richtung (7) überlappend mit dem zumindest einen ersten Antriebsmittel (3) angeordnet ist.
  7. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 4 bis 6, wobei der Stator (13) mit der ersten Seitenwand (6) untrennbar verbunden ist.
  8. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 1 bis 3, wobei der erste Rotor (8) unmittelbar benachbart zur ersten Seitenwand (6) und zwischen der ersten Seitenwand (6) und einem Stator (13) des ersten Axialfluss-Elektroantriebs (9) angeordnet ist.
  9. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das erste Antriebsmittel (3) ein erster Zahnradrotor ist.
  10. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Stator (13) des Axialfluss-Elektroantriebs (9) SMC (soft magnetic composite) umfassende Materialien (17) aufweist.
  11. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zumindest der erste Axialfluss-Elektroantrieb (9) mindestens ein Heizelement (25) bildet, das über mindestens eine Wärmeleitstruktur (26) mit der ersten Seitenwand (6) wärmeleitend verbunden ist.
  12. Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein zweiter Axialfluss-Elektroantrieb (18) außerhalb des ersten Gehäuses (2) und an einer, der ersten Seitenwand (6) gegenüberliegenden zweiten Seitenwand (19) des ersten Gehäuses (2) angeordnet ist; wobei der zweite Axialfluss-Elektroantrieb (18) entweder mit der ersten Antriebswelle (5) oder mit einer zweiten Antriebswelle (20) eines in dem ersten Gehäuse (2) angeordneten zweiten Antriebsmittels (21) drehmomentübertragend verbunden ist.
  13. Pumpenanordnung (1) nach Patentanspruch 12, wobei der zweite Axialfluss-Elektroantrieb (18) mit der zweiten Antriebswelle (20) drehmomentübertragend verbunden ist und wobei das zweite Antriebsmittel (21) ein zweiter Zahnradrotor (22) ist, der mit dem ersten Zahnradrotor zur Förderung des Fluids (4) kämmend angeordnet ist, wobei die zwei Zahnradrotoren über die zwei Axialfluss-Elektroantriebe (9, 18) verspannt zueinander angeordnet sind.
  14. Verwendung der Pumpenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche zur Förderung einer Wasser-Harnstoff-Lösung in einem Kraftfahrzeug.
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