EP4217610A1 - Motor-pumpe-einheit - Google Patents

Motor-pumpe-einheit

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EP4217610A1
EP4217610A1 EP21777232.6A EP21777232A EP4217610A1 EP 4217610 A1 EP4217610 A1 EP 4217610A1 EP 21777232 A EP21777232 A EP 21777232A EP 4217610 A1 EP4217610 A1 EP 4217610A1
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EP
European Patent Office
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pump
rotor
motor
pump rotor
axis
Prior art date
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Application number
EP21777232.6A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4217610B1 (de
Inventor
Jernej MUNIH
Klemen PETRI
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Kolektor Mobility d o o
Original Assignee
Kolektor Mobility d o o
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Publication date
Application filed by Kolektor Mobility d o o filed Critical Kolektor Mobility d o o
Publication of EP4217610A1 publication Critical patent/EP4217610A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4217610B1 publication Critical patent/EP4217610B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C3/00—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type
    • F04C3/06—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
    • F04C3/08—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/40—Electric motor

Definitions

  • the present invention relates to a motor-pump unit for pumping a fluid.
  • the present invention relates to such a motor-pump unit serving to convey a (liquid or gaseous) fluid, which has a pump base, a first pump rotor that is rotatably mounted with respect to a first axis and is rotatably coupled to the rotor of an electric motor, and a first pump rotor that is rotatably coupled with respect to a second axis, which intersects the first axis at a non-zero angle, comprises a rotatably mounted second pump rotor, the two pump rotors having mutually meshing teeth with a number of teeth differing from one another by one, such that chambers enclosed between the two teeth when the two rotate Pump rotors increase or decrease their volume around the respective axis.
  • Motor-pump units of this type are part of the prior art in various configurations.
  • the basic functional principle has been known for a long time, for example from US Pat. No. 3,236,186 A, US Pat. No. 3,856,440 A and DE 42 41 320 A1.
  • Pumps of the design discussed here are typically characterized by comparatively smooth running. This applies in particular in comparison to swash plate pumps (cf. for example WO 2015/090730 A1, DE 10 2016 215 474 A1 and WO 2018/054622 A1), in particular at higher speeds, as they are in motor-pump units, which have to deliver comparatively high fluid throughputs with a severely limited size, are often unavoidable.
  • motor-pump units of the design that is decisive here are preferably used in applications (e.g. in the motor vehicle sector) in which a lower noise level is important.
  • the present invention has set itself the task of providing a motor-pump unit of the type described at the outset that is improved in a practice-relevant respect compared to the prior art, insofar as particularly practice-relevant aspects in particular - partially contradicting one another and to be weighed against one another in the context of practice-oriented optimization - aspects such as performance, size, efficiency, service life, reliability and manufacturing costs.
  • the motor-pump unit according to claim 1 is characterized by a characteristic combination of further design features which interact synergistically with one another and with the features specified at the beginning, namely in particular by the following:
  • the first pump rotor has radially outside the associated toothing on a collar with a spherical to the axis intersection point inner wall, on which the second pump rotor with a corresponding, spherically shaped outer surface in such a way that the chambers are delimited radially on the outside by the spherical inner wall of the collar.
  • the second pump rotor has a dome-shaped area radially inside the associated toothing with an outer wall that is spherical to the axis intersection, on which the first pump rotor rests with a corresponding, spherically shaped inner surface in such a way that the chambers radially inward through the spherical outer wall of the dome-shaped Area are limited.
  • the end face of the second pump rotor facing away from the associated toothing is designed as a sliding surface, by means of which the second pump rotor is supported on a support surface designed on the pump base and perpendicular to the second axis.
  • the second pump rotor has a number of fluid openings corresponding to the number of teeth of its toothing, which each open into an interdental space.
  • one of the defining characteristics of the motor-pump unit according to the invention is that the chambers used to convey the fluid are limited exclusively by the first and the second pump rotor. A delimitation of the chambers by non-rotating parts (e.g. parts of the pump base or housing parts) does not occur. In contrast to the case where the chambers are delimited radially outwards (partially implemented according to the prior art) by a fixed component, along which the first and second pump rotors are moved in a sealing manner, according to the invention the radially outer closure of the chambers takes place via only two parts that move comparatively slowly in relation to one another. This helps to minimize leakage losses.
  • the second pump rotor has a dome-shaped area radially inside the associated toothing with an axis intersection point has a spherical outer wall, on which the first pump rotor rests with a corresponding, spherically shaped inner surface in such a way that the chambers are delimited radially on the inside by the spherical outer wall of the dome-shaped area.
  • the radially outer and radially inner tight delimitation of the chambers via interacting surfaces of the first and second pump rotor is also very advantageous because there are only small friction losses due to the comparatively small relative movement of the dynamically sealing parts.
  • Correspondingly low friction not only has a direct effect in terms of particularly high efficiency. Rather, due to correspondingly reduced frictional heat, there is also a heat-related expansion of the components involved in the seal counteracted, which in turn enables particularly small gap dimensions, which - through correspondingly reduced leakage losses - indirectly benefits the ef fi ciency. Since said collar is designed on the first pump rotor, which in this way encloses the second pump rotor, very particularly compact constructions are also possible.
  • the suction of the fluid into the chambers from a first area (suction zone) of the pump and the ejection of the fluid from the chambers into a second area (pressure zone) of the pump are also decisive Slot control in the pairing of support surface (of the pump base) and sliding surface (of the second pump rotor) is implemented by providing two separate recesses on the support surface, which communicate with two different fluid connections on the motor-pump unit, and the second pump rotor has a number of fluid openings corresponding to the number of teeth of its toothing, which each open into an intermediate space between the teeth.
  • This embodiment of the slot control in the manner according to the invention is also particularly favorable because the interacting surfaces (i.e. the sliding surface and the support surface) can be designed to be flat, which is not only very advantageous in terms of production technology, but also (due to minimized leakage losses) the optimal one
  • the second pump rotor is inclined relative to the first axis by being supported on the pump base, ie. H . the inclination of that surface ("support surface") of the pump base, on which the second pump rotor is rotatably supported, with respect to the first axis.
  • the suction of the fluid to be pumped into the enlarging chambers of the pump in a first area of circulation and the pushing out of the fluid to be pumped out of the reducing chambers of the pump in a second area of circulation takes place in a particularly simple and reliable manner by the second Pump rotor through, namely through breakthroughs through which pass through the second pump rotor from its end face (“gliding surface”) interacting with the support surface of the pump base up to the toothing.
  • the openings in question ideally open out in the area of the valleys of the teeth at the respective lowest point or at least adjacent to it.
  • the high reliability of this form of slot control is u. a.
  • the contact pressure of the second pump rotor on the support surface of the pump base which causes a good seal
  • the same device e.g. a mechanical spring and/or hydraulic preload; see below
  • the good seal suffers neither from possible wear nor from temperature-related expansions or expansions. Shrinkage of the interacting components.
  • the ef fi ciency-increasing low gap losses are both over a particularly long operating or Service life as well as over a particularly wide operating range.
  • the first pump rotor and the rotor of the electric motor can be joined to form a rigid structural unit, or the motor rotor can even be an integral part of the first pump rotor.
  • the bearing required for the first pump rotor and motor rotor to be rotatable about the first axis Structural effort and the necessary installation space are particularly small. Use can be made of this construction in particular in the case of motor-pump units according to the invention with compact dimensions and a comparatively low output.
  • first pump rotor and the motor rotor are coupled to one another in a rotationally fixed and axially displaceable manner, with two separate rotary bearings advantageously being used for the first pump rotor and for the motor rotor (with respect to the first axis ), which can be designed in particular in the form of plain bearings, are used.
  • first pump rotor is mounted so that it can be displaced axially with respect to the first axis, with the first pump rotor being pretensioned by means of a mechanical pretensioning spring so that its toothing rests against the toothing of the second pump rotor.
  • This favors a sealing contact of the first and the second pump rotor against one another in the region of the two toothings in such a way that chambers which are at least largely tightly separated from one another are formed between them--by wandering contact lines.
  • the aforesaid preloading spring also promotes the sealing contact of the second pump rotor with its sliding surface on the support surface of the pump base in such a way that there is a fluidic short circuit between the two recesses made on the support surface, one of which with the suction side and the other with the pressure side of the pump communicated , avoided .
  • the motor rotor is also mounted so that it can be displaced axially with respect to the first axis, with the said pretensioning spring acting on the motor rotor at the front.
  • the mechanical contact between the two pump rotors explained above is particularly important for starting the motor-pump unit, when the pressure for a possible hydraulic contact (see below) is not yet available.
  • a hydraulic contact pressure is particularly preferably added, in that the first pump rotor and/or the motor rotor are connected in such a way to a fluid connection that forms its pressure connection during normal operation of the motor-pump unit Communicating pressure chamber immerse that on the first pump rotor a system of teeth of the first pump rotor on the teeth of the second pump rotor increasing hydraulic axial force acts.
  • the pressure chamber is typically realized by the interior of a motor housing—which is sealingly connected to the pump base.
  • the first pump rotor is mounted on its circumference in a slide bearing designed on the pump base, the pressure-side recess of the support surface is particularly preferably over (at least ) a channel incorporated into the plain bearing for the first pump rotor in terms of flow with the
  • the number of teeth of the toothing of the second pump rotor (eg eight teeth) is one greater than the number of teeth of the toothing of the first pump rotor (eg seven teeth). This ensures that the second pump rotor, which is slidably supported on the pump base, rotates at a lower speed than the first pump rotor, which is driven by the electric motor. This is in line with the operating behavior.
  • the second pump rotor is ring-shaped with a central opening, with a bearing pin that is stationary relative to the pump base and coaxial with the first axis being provided, which passes through the central opening of the second pump rotor passes .
  • the central opening provided in the second pump rotor is expediently dimensioned in such a way that contact of the second pump rotor with the bearing journal is avoided.
  • the bearing journal can be rigidly and permanently connected to the pump base, in particular by casting, pressing in or the like, and in particular can be of such a length that it also passes through the first pump rotor, in which case, unless bearing is implemented on the pump base (see above .
  • the first pump rotor and/or the motor rotor is mounted on the bearing journal so as to be rotatable about the first axis.
  • This preferred construction enables a number of additional advantages, which make the motor-pump unit according to the invention even more superior to the prior art.
  • the three main components rotating during operation of the motor-pump unit namely--in this assembly sequence--the second pump rotor, the first pump rotor and the motor rotor, can be threaded onto the bearing journal from the free end thereof.
  • a possibly motor housing mounted on the pump base typically does not contribute to the support of the motor rotor.
  • the fluid conveyed by the motor-pump unit can optionally be used to cool the electric motor, in which case it preferably flows through the annular gap between the stator and the rotor of the electric motor, for which purpose one of the two fluid connections is preferably connected to a the pump base sealingly connected, the stator of the electric motor receiving housing part is executed.
  • a Arrangement of both fluid connections on the pump base advantageous.
  • other criteria such as the specific installation situation of the motor-pump unit also have an influence on the individual arrangement of the two fluid connections.
  • FIG. 1 shows a first axial section through the motor-pump unit according to a first exemplary embodiment, taken according to section line I-I of FIG.
  • FIG. 2 shows a second axial section through the motor-pump unit according to FIG. 1, which is orthogonal to FIG.
  • FIG. 3 shows an angled third axial section through the motor-pump unit according to FIGS. 1 and 2, taken according to section line III-III of FIG.
  • FIGS. 1-3 are plan views of the insulated pump base of the motor-pump unit according to FIGS. 1-3, with the position of the three axial sections concerned being indicated,
  • Fig. 5 shows a first
  • FIGS. 1-4 shows a second perspective exploded view of the motor-pump unit according to FIGS. 1-4 and
  • FIG. 7 shows an angled axial section analogous to FIG. 3 through the motor-pump unit according to a second exemplary embodiment.
  • the motor-pump unit shown in Figures 1-6 of the drawing which is used to convey a fluid, comprises a pump part 1 and a drive part 2, the pump part 1 in turn comprising a pump base 3, a first pump rotor 4 and a second pump rotor 5 and the drive part 2 has an electric motor 6 with a stator 7 and a rotor (motor rotor 8).
  • the first pump rotor 4 is rotatably mounted on the pump base 3 in an axially displaceable manner with respect to a first axis X.
  • it has a cylindrical outer geometry 9 and is slidably received in a corresponding slide-bearing-like receptacle 10, which is designed in the pump base 3 and is cylindrical with respect to the first axis X.
  • the first pump rotor 4 Via its first toothing 12 (with seven teeth 13 in the present case) provided on the face side in an annular toothing zone 11, the first pump rotor 4 interacts with the annular disc-shaped second pump rotor 5, which in turn has a second toothing 15 provided on the face side in an annular toothing zone 14 (with in the present case eight teeth 16 ) which mesh with the first toothing 12 of the first pump rotor 4 .
  • the second toothing 15 provided on the face side in an annular toothing zone 14 (with in the present case eight teeth 16 ) which mesh with the first toothing 12 of the first pump rotor 4 .
  • the second pump rotor 5 has a flat sliding surface
  • the support surface 19 is inclined relative to the first axis X, d. H . it does not extend perpendicularly to the first axis X.
  • the first pump rotor 4 has radially outside the associated first toothing 12, d. H . except for associated ring-shaped toothed zone 11 has a collar 20 with a spherical inner wall 21 .
  • the second pump rotor 5 rests against this with a corresponding, spherically shaped outer surface 22 that runs around like a wave ring.
  • the second pump rotor 5 has radially inside the associated second toothing 15, d. H . within the associated ring-shaped toothing zone 14 has a dome-shaped area 23 with a spherical outer wall 24, on which the first pump rotor 4 rests with a corresponding, spherically shaped, wave ring-like inner surface 25.
  • the center point of the spherical inner wall 21 of the first pump rotor 4 is identical to the center point of the spherical outer wall 24 of the second pump rotor 5; it lies on the first axis X and defines the point of intersection M of the first axis X with a second axis Y, around which the second pump rotor 5 rotates. While the position of the second pump rotor 5 in relation to the direction of the second axis Y is defined by the support surface 19 - executed on the pump base 3 - the position of the second pump rotor 5 is transverse to the second axis Y - via the two respectively interacting spherical surface pairs 21 / 22 and 24 / 25 - defined only by the first pump rotor 4.
  • the two toothings 12 and 15 have a number of teeth 13 or 13 which differs from one another by one. 16 in such a way that enclosed between them, radially outside by the spherical inner wall 21 of the collar 20 of the first pump rotor 4 and radially inside by the spherical outer wall 24 of the dome-shaped portion 23 of the second pump rotor 5 limited chambers 26 at Circulation of the two pump rotors 4 and 5 around the respective axis X and Y increase their volume or reduce (on the function see, for example, WO 2012/084289 A1).
  • fluid openings 27 which pass through the second pump rotor 5 from the sliding surface 18 to the second toothing 15 and there each open into an interdental space.
  • these fluid openings 27 communicate alternately with the two separate recesses 28, 29, which are made on the support surface 19 of the pump base 3 and which are connected to different fluid connections 30 and 30, respectively, made on the pump base 3. 31 are fluidically connected.
  • the motor rotor 8 is constructed in a way that is basically known as such, with a core 32 and a plurality of permanent magnets 33 arranged on its circumference. It is mounted on a bearing journal 34, which extends along the first axis X, in an axially displaceable, rotatable manner.
  • the bearing journal 34 is firmly connected to the pump base 3 .
  • the pump base 3 manufactured from a filled plastic by injection molding—is molded onto an end section 35 of the bearing journal 34 , the relevant end section 35 being correspondingly profiled for a permanently secure hold in the pump base 3 .
  • the bearing journal 34 passes through the annular disk-shaped second pump rotor 5, d. H . it occurs (with play) through its central opening 36 .
  • the bearing journal 34 likewise passes through the first pump rotor 4 by (again with play) passing through whose central bore 37 passes through.
  • the first pump rotor 4 by (again with play) passing through whose central bore 37 passes through.
  • the pump rotor 4 has a projection 38 which (designed with a polygonal cross section) engages as a driver in a corresponding recess 39 in the motor rotor 8 .
  • the first pump rotor 4 On its end face 40 facing the motor rotor 8, the first pump rotor 4 has nubs 41 which, lying against the annular projection 42 of the motor rotor 8, act as spacers and ensure a gap 43 between the end faces of the motor rotor 8 and the first pump rotor 4 facing one another.
  • the motor stator 7 is an integral, cast-in part of this forming part, in a motor housing 46 which is placed sealingly (cf. the seal 44) on the pump base 3 and screwed to it (cf. the screws 45), which is also housed under a motor housing cover 47 - accommodates a motor controller (cf. the circuit board 48 shown schematically) and has an electrical connection 49 . It is constructed in a way that is basically known as such, with pole cores 50 , winding carriers 51 placed thereon, coil windings 52 , etc., received on these and connected to the motor controller via connecting conductors 60 .
  • a spring arrangement with a pretensioning spring 54 which is supported via a pressure piece 55 made of a low-friction material and rotating with the motor rotor 8 on an abutment (disc 57) arranged on the freely projecting end section 56 of the bearing journal 34, and on the free end face of the motor rotor 8 acts to axially prestress the motor rotor 8 - which is also mounted so as to slide axially on the bearing journal 34 - against the first pump rotor 4, whereby the latter is prestressed against the second pump rotor 5 and the latter in turn against the support surface 19 of the pump base 3.
  • This pressure which also acts on the free end face 59 of the motor rotor 8, causes a hydraulic pressure of the motor rotor 8 on the first pump rotor 4, of the first pump rotor 4 on the second pump rotor 5 and of the second pump rotor 5, which is oriented in the same direction as the mechanical pressure exerted by the spring arrangement and reinforces this to the support surface 19 of the pump base 3 .
  • FIG. 4 It can be seen in FIG. 4 a groove 60 formed on the support surface 19 of the pump base 3, via which an annular space 61 formed on the support surface 19 directly around the bearing journal 34 is fluidically connected to the pressure-side recess 28 is connected.
  • the central bore 37 of the first pump rotor 4 which surrounds the bearing journal 34 with play, is also fluidly connected to the pressure-side recess 28 .
  • the one in Fig. The second exemplary embodiment illustrated in FIG. 7 is largely apparent to a person skilled in the art from the above explanation relating to the first exemplary embodiment.
  • the only relevant deviation is the arrangement of the fluid connection 30' forming the pressure connection of the motor-pump unit. Because this is not arranged on the pump base 3', but rather on the motor housing 46'.
  • the fluid channels 58' are part of the flow path of the pumped fluid from the fluid connection 31' forming the suction connection to the fluid connection 30' communicating with the interior of the motor housing 46'. Since there are otherwise no relevant deviations, further explanations are superfluous; the same parts of the two exemplary embodiments are provided with identical reference characters.

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Abstract

Bei einer Motor-Pumpe-Einheit mit einer Pumpenbasis (3), einem bezüglich einer ersten Achse (X) drehbar gelagerten, mit dem Rotor (8) eines Elektromotors (6) drehgekoppelten, eine erste Verzahnung aufweisenden ersten Pumpenrotor (4) und einen um eine zweite Achse (Y) drehbaren, eine mit der ersten Verzahnung kämmende zweite Verzahnung aufweisenden zweiten Pumpenrotor (5) weisen die Verzahnungen eine um eins voneinander abweichende Anzahl an Zähnen auf dergestalt, dass zwischen den beiden Verzahnungen eingeschlossene Kammern beim Umlauf der beiden Pumpenrotoren (4, 5) um die jeweilige Achse (X, Y) ihr Volumen vergrößern bzw. verkleinern. Die Kammern sind radial außen durch eine sphärische Innenwand eines Kragens (20) des ersten Pumpenrotors (4) und radial innen durch eine sphärische Außenwand eines kuppelförmigen Bereichs (23) des zweiten Pumpenrotors (5) begrenzt. Die der zugeordneten Verzahnung abgewandte Stirnseite (17) des zweiten Pumpenrotors (5) ist als Gleitfläche (18) ausgeführt, mittels derer sich der zweite Pumpenrotor (5) an einer an der Pumpenbasis (3) ausgeführten, zu der zweiten Achse (Y) senkrechten Stützfläche (19) abstützt. An dieser sind zwei voneinander getrennte Aussparungen vorgesehen, welche mit unterschiedlichen an der Motor-Pumpe- Einheit ausgeführten Fluidanschlüssen strömungstechnisch kommunizieren. Der zweite Pumpenrotor (5) weist eine der Anzahl der Zähne von dessen Verzahnung entsprechende Anzahl von Fluiddurchbrüchen auf, welche in jeweils einen Zahnzwischenraum münden.

Description

Motor-Pumpe-Einheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motor-Pumpe- Einheit zur Förderung eines Fluids. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine solche der Förderung eines (flüssigen oder gasförmigen) Fluids dienende Motor-Pumpe- Einheit, welche eine Pumpenbasis, einen bezüglich einer ersten Achse drehbar gelagerten, mit dem Rotor eines Elektromotors drehgekoppelten ersten Pumpenrotor und einen bezüglich einer zweiten Achse, welche sich mit der ersten Achse unter einem von Null verschiedenen Winkel schneidet, drehbar gelagerten zweiten Pumpenrotor umfasst, wobei die beiden Pumpenrotoren miteinander kämmende Verzahnungen mit einer um eins voneinander abweichenden Anzahl an Zähnen aufweisen dergestalt, dass zwischen den beiden Verzahnungen eingeschlossene Kammern beim Umlauf der beiden Pumpenrotoren um die jeweilige Achse ihr Volumen vergrößern bzw. verkleinern.
Derartige Motor-Pumpe-Einheiten zählen in verschiedenen Ausgestaltungen zum Stand der Technik. Zu verweisen ist insoweit insbesondere auf WO 2005/116403 Al, US 8,517,707 B2, WO 2010/018053 A2 , WO 2012/084289 A2 und WO 2013/057112 A2. Das grundlegende Funktionsprinzip ist bereits seit langem bekannt, beispielsweise aus US 3,236,186 A, US 3,856,440 A und DE 42 41 320 Al.
Pumpen der hier in Rede stehenden Bauweise (mit zwei um winklig zueinander angeordnete Achsen rotierenden Pumpenrotoren) zeichnen sich typischerweise durch eine vergleichsweise hohe Laufruhe aus. Dies gilt namentlich im Vergleich zu Taumelscheiben-Pumpen (vgl. beispielsweise WO 2015/ 090730 Al , DE 10 2016 215 474 Al und WO 2018 / 054622 Al ) , und zwar insbesondere bei höheren Drehzahlen, wie sie bei Motor-Pumpe-Einheiten, die bei einer stark limitierten Baugröße vergleichsweise hohe Fluiddurchsätze zu fördern haben, häufig unvermeidbar sind . So kommen Motor-Pumpe-Einheiten der hier maßgeblichen Bauweise beispielsweise bevorzugt in Anwendungen (beispielsweise im KFZ-Bereich) zum Einsatz , bei denen eine geringere Geräuschentwicklung wichtig ist .
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht , eine in praxisrelevanter Hinsicht gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Motor-Pumpe-Einheit der eingangs dargelegten Art bereitzustellen, wobei insoweit als besonders praxisrelevant insbesondere - einander teilweise widersprechende , im Rahmen der praxisorientierten Optimierung gegeneinander abzuwägende - Aspekte wie Leistungs fähigkeit , Baugröße , Ef fi zienz , Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Herstellungskosten angesehen werden .
Gelöst wird die vorstehend angegebene Aufgabenstellung erfindungsgemäß durch die Motor-Pumpe-Einheit gemäß Anspruch 1 . Demgemäß zeichnet sich die erfindungsgemäße Motor-Pumpe-Einheit durch eine charakteristische Kombination von untereinander und mit den eingangs angegebenen Merkmalen synergistisch zusammenwirkenden weiteren Gestaltungsmerkmalen aus , nämlich insbesondere durch die folgenden :
- Der erste Pumpenrotor weist radial außerhalb der zugeordneten Verzahnung einen Kragen mit einer zu dem Achsenschnittpunkt sphärischen Innenwand auf , an welcher der zweite Pumpenrotor mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Außenfläche dergestalt anliegt , dass die Kammern radial außen durch die sphärische Innenwand des Kragens begrenzt sind .
- Der zweite Pumpenrotor weist radial innerhalb der zugeordneten Verzahnung einen kuppel förmigen Bereich mit einer zu dem Achsenschnittpunkt sphärischen Außenwand auf , an welcher der erste Pumpenrotor mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Innenfläche dergestalt anliegt , dass die Kammern radial innen durch die sphärische Außenwand des kuppel förmigen Bereichs begrenzt sind .
- Die der zugeordneten Verzahnung abgewandte Stirnseite des zweiten Pumpenrotors ist als Gleitfläche ausgeführt , mittels derer sich der zweite Pumpenrotor an einer an der Pumpenbasis ausgeführten, zu der zweiten Achse senkrechten Stütz fläche abstützt .
- Der zweite Pumpenrotor weist eine der Anzahl der Zähne von dessen Verzahnung entsprechende Anzahl von Fluiddurchbrüchen auf , welche in j eweils einen Zahnzwischenraum münden .
- An der Stütz fläche sind zwei voneinander getrennte Aussparungen vorgesehen, welche mit unterschiedlichen an der Motor-Pumpe-Einheit ausgeführten Fluidanschlüssen strömungstechnisch kommuni zieren .
Eines der bestimmenden Charakteristika des erfindungsgemäßen Motor-Pumpe-Einheit besteht demgemäß darin, dass die der Förderung des Fluids dienenden Kammern ausschließlich von dem ersten und dem zweiten Pumpenrotor begrenzt sind . Eine Begrenzung der Kammern durch nicht-rotierende Teile ( z . B . Teile der Pumpenbasis oder Gehäuseteile ) erfolgt somit nicht . Anders als im Falle der (nach dem Stand der Technik teilweise umgesetzten) Begrenzung der Kammern radial nach außen durch ein feststehendes Bauteil , an welchem der erste und der zweite Pumpenrotor dichtend anliegend entlang bewegt werden, erfolgt erfindungsgemäß der radial äußere Abschluss der Kammern über zwei nur vergleichsweise langsam gegeneinander bewegte Teile . Dies trägt zur Minimierung von Leckageverlusten bei . Die vorstehenden, für den radial äußeren Abschluss der Kammern dargelegten Gesichtspunkte gelten in entsprechender Weise für deren radial inneren Abschluss , indem sich nämlich die Erfindung weiterhin dadurch aus zeichnet , dass der zweite Pumpenrotor radial innerhalb der zugeordneten Verzahnung einen kuppel förmigen Bereich mit einer zu dem Achsenschnittpunkt sphärischen Außenwand aufweist , an welcher der erste Pumpenrotor mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Innenfläche dergestalt anliegt , dass die Kammern radial innen durch die sphärische Außenwand des kuppel förmigen Bereichs begrenzt sind .
Die radial äußere und radial innere dichte Begrenzung der Kammern über zusammenwirkende Flächen von erstem und zweitem Pumpenrotor ist auch deshalb sehr vorteilhaft , weil durch die vergleichsweise geringe Relativbewegung der dynamisch abdichtenden Teile nur geringe Reibungsverluste bestehen . Dementsprechend geringe Reibung wirkt nicht nur direkt im Sinne einer besonders hohen Ef fi zienz aus . Vielmehr wird, durch entsprechend reduziere Reibungswärme , auch einer wärmebedingten Ausdehnung der an der Abdichtung beteiligten Bauteile entgegengewirkt , was hinwiederum besonders geringe Spaltmaße ermöglicht , was - durch dementsprechend reduzierte Leckageverluste - indirekt wiederum der Ef fi zienz zugute kommt . Indem der besagte Kragen an dem ersten Pumpenrotor ausgeführt ist , der auf diese Weise den zweiten Pumpenrotor einfasst , sind im Übrigen ganz besonders kompakte Bauweisen möglich .
Sehr vorteilhaft wirkt sich weiterhin aus , dass - während die (bezüglich der zweiten Achse ) axiale Position des zweiten Pumpenrotors durch die Stütz fläche der Pumpenbasis definiert ist , indem die Gleitfläche des zweiten Pumpenrotors an der Stütz fläche anliegt - die Führung des zweiten Pumpenrotors quer zu der zweiten Achse durch den ersten Pumpenrotor erfolgt . Insoweit lässt sich von einer inneren Zentrierung ( oder " Selbstzentrierung" ) der beiden Pumpenrotoren zueinander sprechen . Dies ist unter herstellungstechnischen Gesichtspunkten ein extrem bedeutender Aspekt ; denn so ist eine (mit eher groben Toleranzen verbundene ) kostengünstige Herstellung der beiden Pumpenrotoren - beispielsweise durch Kunststof f-Spritzgießen - möglich . Im Übrigen wird eine statische bzw . kinematische Überbestimmung des Systems durch eine ( externe , insbesondere an der Pumpenbasis oder einem möglichen Gehäuseteil erfolgende ) radiale Lagerung des zweiten Pumpenrotors vermieden, die sich nachteilig auf die Lebensdauer der Motor-Pumpe-Einheit auswirken würde .
Erfindungsgemäß ist weiterhin die für das Ansaugen des Fluids in die Kammern aus einem ersten Bereich ( Saugzone ) der Pumpe und das Ausstößen des Fluids aus den Kammern in einen zweiten Bereich ( Druckzone ) der Pumpe maßgebliche Schlitzsteuerung in der Paarung aus Stütz fläche ( der Pumpenbasis ) und Gleitfläche ( des zweiten Pumpenrotors ) realisiert , indem an der Stütz fläche zwei voneinander getrennte Aussparungen vorgesehen sind, welche mit zwei unterschiedlichen an der Motor-Pumpe-Einheit ausgeführten Fluidanschlüssen strömungstechnisch kommuni zieren, und der zweite Pumpenrotor eine der Anzahl der Zähne von dessen Verzahnung entsprechende Anzahl von Fluiddurchbrüchen aufweist , welche in j eweils einen Zahnzwischenraum münden . Diese Aus führung der Schlitzsteuerung in erfindungsgemäßer Weise ist insbesondere auch deshalb so günstig, weil die zusammenwirkenden Flächen ( d . h . die Gleitfläche und die Stütz fläche ) eben ausgeführt sein können, was nicht nur herstellungstechnisch sehr vorteilhaft ist , sondern ( infolge minimierter Leckageverluste ) der optimalen
Wirkung entgegenkommt und sich im Sinne einer hohen Ef fi zienz auswirkt .
Für die erfindungsgemäße Motor-Pumpe-Einheit sind, mit anderen Worten, folgende Gesichtspunkte charakteristisch : Seine Schrägstellung gegenüber der ersten Achse erfährt der zweite Pumpenrotor durch seine Abstützung an der Pumpenbasis , d . h . die Neigung j ener Fläche ( " Stütz fläche" ) der Pumpenbasis , an der der zweite Pumpenrotor sich drehbar abstützt , gegenüber der ersten Achse . Das Ansaugen des zu fördernden Fluids in die sich vergrößernden Kammern der Pumpe in einem ersten Bereich des Umlaufs und das Herausdrücken der zu fördernden Fluids aus den sich verkleinernden Kammern der Pumpe in einem zweiten Bereich des Umlaufs erfolgt dabei in besonders einfacher und zuverlässiger Weise durch den zweiten Pumpenrotor hindurch, nämlich durch Durchbrüche hindurch, welche den zweiten Pumpenrotor von dessen mit der Stütz fläche der Pumpenbasis zusammenwirkenden Stirnfläche ( "Gleitf läche" ) bis in die Verzahnung hinein durchsetzen . Die betref fenden Durchbrüche münden dabei idealerweise im Bereich der Täler der Verzahnung an dem j eweiligen tiefsten Punkt oder zumindest benachbart zu diesem . Der hohen Zuverlässigkeit dieser Form der Schlitzsteuerung kommt dabei u . a . entgegen, dass die eine gute Abdichtung bewirkende Anpresskraft des zweiten Pumpenrotors auf der Stütz fläche der Pumpenbasis durch die selbe Einrichtung ( z . B . eine mechanische Feder und/oder eine hydraulische Vorspannung; s . u . ) bereitgestellt werden kann, die auch für den dichten Kontakt zwischen den Verzahnungen des ersten und des zweiten Pumpenrotors sorgt . Durch eine zumindest im Wesentlichen ebene Aus führung der für die Schlitzsteuerung zusammenwirkenden, gleitend aneinander anliegenden Flächen an Pumpenbasis und zweitem Pumpenrotor leidet die gute Abdichtung weder unter möglichem Verschleiß , noch unter temperaturbedingten Ausdehnungen bzw . Schwindungen der zusammenwirkenden Bauteile . Demzufolge liegen in diesem Falle die ef fi zienzsteigernden geringen Spaltverluste sowohl über eine besonders lange Betriebs- bzw . Lebensdauer als auch über einen besonders breiten Betriebsbereich hinweg vor .
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können der erste Pumpenrotor und der Rotor des Elektromotors ( im Folgenden : Motorrotor ) zu einer starren baulichen Einheit gefügt oder kann der Motorrotor sogar integraler Bestandteil des ersten Pumpenrotors sein . In diesem Fall können der für die um die erste Achse drehbare Lagerung von erstem Pumpenrotor und Motorrotor erforderliche bauliche Aufwand und der notwendige Bauraum besonders gering aus fallen . Von dieser Bauweise kann namentlich bei erfindungsgemäßen Motor-Pumpe-Einheiten mit kompakten Abmessungen und einer vergleichsweise geringen Leistung Gebrauch gemacht werden . Bei erfindungsgemäßen Motor- Pumpe-Einheiten mit einer vergleichsweise hohen Leistung ist demgegenüber zu bevorzugen, wenn der erste Pumpenrotor und der Motorrotor drehfest-axialverschiebbar miteinander gekoppelt sind, wobei hier vorteilhafterweise für den ersten Pumpenrotor und für den Motorrotor zwei getrennte Drehlagerungen (bezüglich der ersten Achse ) , welche insbesondere in Form von Gleitlagerungen ausgeführt sein können, zur Anwendung kommen .
Eine andere bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus , dass der erste Pumpenrotor bezüglich der ersten Achse axial verschieblich gelagert ist , wobei der erste Pumpenrotor mittels einer mechanischen Vorspannfeder zur Anlage von dessen Verzahnung an der Verzahnung des zweiten Pumpenrotors vorgespannt ist . Dies begünstigt eine dichtende Anlage des ersten und des zweiten Pumpenrotors aneinander im Bereich der beiden Verzahnungen dergestalt , dass zwischen diesen - durch wandernde Kontaktlinien - voneinander zumindest weitgehend dicht abgegrenzte Kammern gebildet sind . Die besagte Vorspannfeder begünstigt weiterhin die dichtende Anlage des zweiten Pumpenrotors mit seiner Gleitfläche an der Stütz fläche der Pumpenbasis dergestalt , dass ein strömungstechnischer Kurzschluss zwischen den beiden an der Stütz fläche ausgeführten Aussparungen, von denen eine mit der Saugseite und die andere mit der Druckseite der Pumpe kommuni ziert , vermieden wird . In baulicher Hinsicht erweist sich dabei als besonders vorteilhaft , wenn auch der Motorrotor bezüglich der ersten Achse axial verschieblich gelagert ist , wobei die besagte Vorspannfeder stirnseitig auf den Motorrotor wirkt . Die vorstehend erläuterte mechanische Anpressung der beiden Pumpenrotoren aneinander ist besonders wichtig für das Anlaufen der Motor-Pumpe Einheit , wenn nämlich noch kein Druck für eine mögliche hydraulische Anpressung ( s . u . ) bereitsteht .
Im vorstehenden Sinne kommt bei erfindungsgemäßen Motor- Pumpe-Einheiten nämlich besonders bevorzugt noch eine hydraulische Anpressung hinzu, indem der erste Pumpenrotor und/oder der Motorrotor dergestalt in einen mit j enem Fluidanschluss , welcher beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit dessen Druckanschluss bildet , kommuni zierenden Druckraum eintauchen, dass auf den ersten Pumpenrotor eine die Anlage der Verzahnung des ersten Pumpenrotors an der Verzahnung des zweiten Pumpenrotors steigernde hydraulische Axialkraft einwirkt . Der Druckraum ist dabei typischerweise durch den Innenraum eines - an die Pumpenbasis dichtend angeschlossenen - Motorgehäuses realisiert . I st , was für bestimmte Anwendungsbereiche der Motor-Pumpe-Einheit eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt , der erste Pumpenrotor an seinem Umfang in einem an der Pumpenbasis ausgeführten Gleitlager gelagert , so ist besonders bevorzugt die druckseitige Aussparung der Stütz fläche über (mindestens ) einen in das Gleitlager für den ersten Pumpenrotor eingearbeiteten Kanal strömungstechnisch mit dem
Innenraum des Motorgehäuses bzw . sonstigen Druckraum verbunden, so dass sich in diesem im Betrieb der am druckseitigen Fluidanschluss herrschende Druck einstellt .
Vorteilhafterweise ist die Anzahl der Zähne der Verzahnung des zweiten Pumpenrotors ( z . B . acht Zähne ) um eins größer als die Anzahl der Zähne der Verzahnung des ersten Pumpenrotors ( z . B . sieben Zähne ) . So wird erreicht , dass der sich gleitend auf der Pumpenbasis abstützende zweite Pumpenrotor mit geringerer Drehzahl rotiert als der erste , durch den Elektromotor angetriebene Pumpenrotor . Dies kommt dem Betriebsverhalten entgegen .
Gemäß einer insbesondere unter Aspekten der Herstellung/Montage besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Pumpenrotor ringförmig ausgeführt mit einem zentralen Durchbruch, wobei ein relativ zu der Pumpenbasis feststehender, zu der ersten Achse koaxialer Lagerzapfen vorgesehen ist , der durch den zentralen Durchbruch des zweiten Pumpenrotors hindurchtritt . Der in dem zweiten Pumpenrotor vorgesehene zentrale Durchbruch ist dabei zweckmäßigerweise so dimensioniert , dass ein Kontakt des zweiten Pumpenrotors mit dem Lagerzapfen vermieden wird . Der Lagerzapfen kann insbesondere durch Eingießen, Einpressen oder dergleichen starr und dauerhaft fest mit der Pumpenbasis verbunden sein und insbesondere eine solche Länge aufweisen, dass er auch durch den ersten Pumpenrotor hindurchtritt , wobei , sofern nicht eine Lagerung an der Pumpenbasis realisiert ist ( s . o . ) , der erste Pumpenrotor und/oder der Motorrotor auf dem Lagerzapfen um die erste Achse drehbar gelagert ist . Durch diese bevorzugte Bauweise wird eine Mehrzahl von ergänzenden Vorteilen ermöglicht , die die erfindungsgemäße Motor-Pumpe-Einheit gegenüber dem Stand der Technik noch weiter überlegen machen . So lassen sich die drei im Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit sich drehenden Hauptkomponenten, nämlich - in dieser Montage-Reihenfolge - der zweite Pumpenrotor, der erste Pumpenrotor und der Motorrotor von dem freien Ende des Lagerzapfens her auf diesem auf fädeln . Jedenfalls dann, wenn der Lagerzapfen an seinem der Pumpenbasis abgewandten Ende frei auskragt , leistet ein ggf . auf die Pumpenbasis aufgesetztes Motorgehäuse ( s . u . ) typischerweise keinen Beitrag im Hinblick auf die Abstützung des Motorrotors . Und stützt sich eine ggf . vorgesehene , stirnseitig auf den Motorrotor wirkende Vorspannfeder ( s . o . ) an einem an dem Lagerzapfen angeordneten Widerlager ab, so wird das Motorgehäuse auch insoweit nicht mechanisch belastet . Beides erhöht den Gestaltungsspielraum für die Aus führung der Motor-Pumpe- Einheit zu deren optimaler Anpassung an die j eweilige Anwendungsumgebung .
Eine hohe Flexibilität besteht auch hinsichtlich der spezi fischen Anordnung der Fluidanschlüsse und der hierdurch erzielbaren Vorteile . Das von der Motor-Pumpe- Einheit geförderte Fluid kann nämlich optional zur Kühlung des Elektromotors herangezogen werden, wobei es in diesem Fall bevorzugt den zwischen dem Stator und dem Rotor des Elektromotors bestehenden Ringspalt durchströmt , zu welchem Zweck einer der beiden Fluidanschlüsse vorzugsweise an einem mit der Pumpenbasis dichtend verbundenen, den Stator des Elektromotors aufnehmenden Gehäuseteil ausgeführt ist . Insbesondere dann, wenn eine Kühlung des Elektromotors nicht vonnöten oder aber auf andere Weise realisiert ist , ist eine Anordnung beider Fluidanschlüsse an der Pumpenbasis vorteilhaft. Für die individuelle Anordnung der beiden Fluidanschlüsse sind allerdings auch andere Kriterien wie beispielsweise die spezifische Einbausituation der Motor- Pumpe-Einheit von Einfluss.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 einen gemäß der Schnittlinie I-I der Fig. 4 ausgeführten ersten Axialschnitt durch die Motor- Pumpe-Einheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 einen zu Fig. 1 orthogonalen, gemäß der Schnittlinie II-II der Fig. 4 ausgeführten zweiten Axialschnitt durch die Motor-Pumpe- Einheit nach Fig. 1,
Fig. 3 einen abgewinkelten, gemäß der Schnittlinie III- III der Fig. 4 ausgeführten dritten Axialschnitt durch die Motor-Pumpe-Einheit nach den Figuren 1 und 2 ,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die isolierte Pumpenbasis der Motor-Pumpe-Einheit nach den Figuren 1-3, wobei die Lage der betreffenden drei Axialschnitte angegeben ist,
Fig. 5 eine erste und
Fig. 6 eine zweite perspektivische Explosionsdarstellung der Motor-Pumpe-Einheit nach den Figuren 1-4 und
Fig. 7 einen zu Fig. 3 analogen abgewinkelten Axialschnitt durch die Motor-Pumpe-Einheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die in den Figuren 1- 6 der Zeichnung dargestellte , der Förderung eines Fluids dienende Motor-Pumpe-Einheit umfasst einen Pumpenteil 1 und einen Antriebsteil 2 , wobei der Pumpenteil 1 seinerseits eine Pumpenbasis 3 , einen ersten Pumpenrotor 4 und einen zweiten Pumpenrotor 5 umfasst und der Antriebsteil 2 einen Elektromotor 6 mit einem Stator 7 und einem Rotor (Motorrotor 8 ) aufweist .
Der erste Pumpenrotor 4 ist an der Pumpenbasis 3 bezüglich einer ersten Achse X axial-verschieblich drehbar gelagert . Er weist hierzu eine zylindrische Außengeometrie 9 auf und ist in einer korrespondierenden, in der Pumpenbasis 3 ausgeführten, bezüglich der ersten Achse X zylindrischen, gleitlagerartigen Aufnahme 10 gleitend aufgenommen . Über seine stirnseitig in einer ringförmigen Verzahnungs zone 11 vorgesehene erste Verzahnung 12 (mit vorliegend sieben Zähnen 13 ) wirkt der erste Pumpenrotor 4 mit dem ringscheibenförmig ausgeführten zweiten Pumpenrotor 5 zusammen, der seinerseits eine stirnseitig in einer ringförmigen Verzahnungs zone 14 vorgesehene zweite Verzahnung 15 (mit vorliegend acht Zähnen 16 ) aufweist , welche mit der ersten Verzahnung 12 des ersten Pumpenrotors 4 kämmt . Auf seiner der zweiten Verzahnung 15 angewandten Stirnseite
17 weist der zweite Pumpenrotor 5 eine ebene Gleitfläche
18 auf , über welche er sich gleitend an einer an der Pumpenbasis 3 ausgeführten Stütz fläche 19 abstützt . Die Stütz fläche 19 ist dabei gegenüber der ersten Achse X geneigt , d . h . sie erstreckt sich nicht senkrecht zu der ersten Achse X .
Der erste Pumpenrotor 4 weist radial außerhalb der zugeordneten ersten Verzahnung 12 , d . h . außerhalb der zugeordneten ringförmigen Verzahnungs zone 11 einen Kragen 20 mit einer sphärischen Innenwand 21 auf . An dieser liegt der zweite Pumpenrotor 5 mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten, wellenringartig umlaufenden Außenfläche 22 an . In analoger Weise weist der zweite Pumpenrotor 5 radial innerhalb der zugeordneten zweiten Verzahnung 15 , d . h . innerhalb der zugeordneten ringförmigen Verzahnungs zone 14 einen kuppel förmigen Bereich 23 mit einer sphärischen Außenwand 24 auf , an welcher der erste Pumpenrotor 4 mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten, wellenringartigen Innenfläche 25 anliegt . Der Mittelpunkt der sphärischen Innenwand 21 des ersten Pumpenrotors 4 ist dabei identisch mit dem Mittelpunkt der sphärischen Außenwand 24 des zweiten Pumpenrotors 5 ; er liegt auf der ersten Achse X und definiert den Schnittpunkt M der ersten Achse X mit einer zweiten Achse Y, um welche der zweite Pumpenrotor 5 rotiert . Während die Position des zweiten Pumpenrotors 5 bezogen auf die Richtung der zweiten Achse Y durch die - an der Pumpenbasis 3 ausgeführte - Stütz fläche 19 definiert ist , ist somit die Position des zweiten Pumpenrotors 5 quer zu der zweiten Achse Y - über die beiden j eweils zusammenwirkenden sphärischen Flächenpaare 21 /22 und 24 /25 - nur durch den ersten Pumpenrotor 4 definiert .
Die beiden Verzahnungen 12 und 15 weisen eine um eins voneinander abweichende Anzahl an Zähnen 13 bzw . 16 auf dergestalt , dass zwischen ihnen eingeschlossene , radial außen durch die sphärische Innenwand 21 des Kragens 20 des ersten Pumpenrotors 4 und radial innen durch die sphärische Außenwand 24 des kuppel förmigen Bereichs 23 des zweiten Pumpenrotors 5 begrenzte Kammern 26 beim Umlauf der beiden Pumpenrotoren 4 und 5 um die j eweilige Achse X bzw . Y ihr Volumen vergrößern bzw . verkleinern (vgl . zu der Funktion beispielsweise WO 2012 / 084289 Al ) . Das Zuströmen von Fluid in die sich vergrößernden Kammern 26 und das Abströmen aus den sich verkleinernden Kammern 26 erfolgt über Fluiddurchbrüche 27 , welche den zweiten Pumpenrotor 5 von der Gleitfläche 18 bis zu der zweiten Verzahnung 15 durchsetzen und dort j eweils in einen Zahnzwischenraum münden . Diese Fluiddurchbrüche 27 kommuni zieren während des Umlaufs des zweiten Pumpenrotors 5 abwechselnd mit den beiden an der Stütz fläche 19 der Pumpenbasis 3 ausgeführten, voneinander getrennten Aussparungen 28 , 29 , welche mit unterschiedlichen an der Pumpenbasis 3 ausgeführten Fluidanschlüssen 30 bzw . 31 strömungstechnisch verbunden sind .
Der Motorrotor 8 ist in grundsätzlich als solches bekannter Weise aufgebaut mit einem Kern 32 und mehreren an dessen Umfang angeordneten Permanentmagneten 33 . Er ist auf einem Lagerzapfen 34 , welcher sich längs der ersten Achse X erstreckt , axial-verschieblich drehbar gelagert . Der Lagerzapfen 34 ist mit der Pumpenbasis 3 fest verbunden . Hierzu ist die - durch Spritzgießen aus einem gefüllten Kunststof f hergestellte - Pumpenbasis 3 an einen Endabschnitt 35 des Lagerzapfens 34 angespritzt , wobei der betref fende Endabschnitt 35 für einen dauerhaft festen Halt in der Pumpenbasis 3 entsprechend profiliert ist . Der Lagerzapfen 34 durchsetzt den ringscheibenförmigen zweiten Pumpenrotor 5 , d . h . er tritt (mit Spiel ) durch dessen zentralen Durchbruch 36 hindurch . Ebenfalls durchsetzt der Lagerzapfen 34 den ersten Pumpenrotor 4 , indem er (wiederum mit Spiel ) durch dessen zentrale Bohrung 37 hindurchtritt . Der erste
Pumpenrotor 4 weist einen Vorsprung 38 auf , welcher (mit polygonalem Querschnitt ausgeführt ) als Mitnehmer in eine korrespondierende Aussparung 39 des Motorrotors 8 eingrei ft . An seiner dem Motorrotor 8 zugewandten Stirnseite 40 weist der erste Pumpenrotor 4 Noppen 41 auf , welche , an dem Ringvorsprung 42 des Motorrotors 8 anliegend, als Abstandshalter wirken und für einen Spalt 43 zwischen den einander zugewandten Stirnflächen von Motorrotor 8 und erstem Pumpenrotor 4 sorgen .
Der Motorstator 7 ist , einen integralen, eingegossenen Bestandteil von diesem bildend, in einem dichtend (vgl . die Dichtung 44 ) auf die Pumpenbasis 3 aufgesetzten und mit dieser verschraubten (vgl . die Schrauben 45 ) Motorgehäuse 46 untergebracht , welches auch - unter einem Motorgehäusedeckel 47 - eine Motorsteuerung (vgl . die schematisch dargestellte Platine 48 ) aufnimmt und einen elektrischen Anschluss 49 aufweist . Er ist in grundsätzlich als solches bekannter Weise aufgebaut mit Polkernen 50 , darauf aufgesetzten Wicklungsträgern 51 , auf diesen auf genommenen, über Anschlussleiter 60 an die Motorsteuerung angeschlossenen Spulenwicklungen 52 , etc .
Die dichtende Anlage des ersten Pumpenrotors 4 und des zweiten Pumpenrotors 5 aneinander im Bereich der beiden Verzahnungen 12 , 15 dergestalt , dass zwischen diesen - durch wandernde Kontaktlinien - voneinander abgegrenzte Kammern 26 gebildet sind, sowie die dichtende Anlage des zweiten Pumpenrotors 5 mit seiner Gleitfläche 18 an der Stütz fläche 19 der Pumpenbasis 3 dergestalt , dass zwischen den beiden an der Stütz fläche 19 ausgeführten, durch die beiden Stege 53 voneinander abgegrenzten Aussparungen 28 , 29 kein strömungstechnischer Kurzschluss besteht , wird auf zwei Wegen erzielt . Zum einen sorgt eine Federanordnung mit einer Vorspannfeder 54 , welche sich über ein mit dem Motorrotor 8 mitdrehendes , aus einem reibungsarmen Material gefertigtes Druckstück 55 an einem an dem frei auskragenden Endabschnitt 56 des Lagerzapfens 34 angeordneten Widerlager ( Scheibe 57 ) abstützt und auf die freie Stirnseite des Motorrotors 8 wirkt , für eine axiale Vorspannung des - auf dem Lagerzapfen 34 auch axial gleitend gelagerten - Motorrotors 8 gegen den ersten Pumpenrotor 4 , wodurch dieser gegen den zweiten Pumpenrotor 5 und letzterer hinwiederum gegen die Stütz fläche 19 der Pumpenbasis 3 vorgespannt wird . Im Betrieb kommt noch eine hydraulische Anpressung hinzu, indem die druckseitige Aussparung 28 der Stütz fläche 19 über zwei in die - die Gleitlagerung für den ersten Pumpenrotor 4 bildende - Aufnahme 10 eingearbeitete Kanäle ( Fluidnuten 58 ) strömungstechnisch mit dem Innenraum des Motorgehäuses 46 verbunden ist . In diesem stellt sich somit im Betrieb der am druckseitigen Fluidanschluss 30 herrschende Druck ein . Dieser auch auf die freie Stirnfläche 59 des Motorrotors 8 wirkende Druck bewirkt eine zu der mechanischen Anpressung durch die Federanordnung gleichgerichtete , diese verstärkende hydraulische Anpressung des Motorrotors 8 an den ersten Pumpenrotor 4 , des ersten Pumpenrotors 4 an den zweiten Pumpenrotor 5 und das zweiten Pumpenrotors 5 an die Stütz fläche 19 der Pumpenbasis 3 .
Zu erkennen ist in Fig . 4 eine an der Stütz fläche 19 der Pumpenbasis 3 ausgeführte Rille 60 , über welche ein an der Stütz fläche 19 unmittelbar um den Lagerzapfen 34 herum ausgeführter Ringraum 61 strömungstechnisch an die druckseitige Aussparung 28 angeschlossen ist . Auf diese Weise ist durch den zentralen Durchbruch 36 des zweiten Pumpenrotors 5 hindurch auch die - den Lagerzapfen 34 mit Spiel umgebende - zentrale Bohrung 37 des ersten Pumpenrotors 4 fluidisch an die druckseitige Aussparung 28 angeschlossen .
Das in Fig . 7 veranschaulichte zweite Aus führungsbeispiel erschließt sich einem Fachmann weitestgehend durch die vorstehende , das erste Aus führungsbeispiel betref fende Erläuterung . Die einzige relevante Abweichung besteht in der Anordnung des den Druckanschluss der Motor-Pumpe- Einheit bildenden Fluidanschlusses 30 ' . Denn dieser ist nicht an der Pumpenbasis 3 ' angeordnet , sondern vielmehr an dem Motorgehäuse 46 ' . So sind die Fluidkanäle 58 ' Teil des Strömungswegs des geförderten Fluids von dem den Sauganschluss bildenden Fluidanschluss 31 ' zu dem mit dem Innenraum des Motorgehäuses 46 ' kommuni zierenden Fluidanschluss 30 ' . Da im Übrigen keine relevanten Abweichungen bestehen, erübrigen sich weitergehende Erläuterungen; die gleichen Teile der beiden Aus führungsbeispiele sind mit identischen Bezugs zeichen versehen .

Claims

Ansprüche Motor-Pumpe-Einheit zur Förderung eines Fluids, umfassend eine Pumpenbasis (3; 3' ) , einen bezüglich einer ersten Achse (X) drehbar gelagerten ersten Pumpenrotor (4) , welcher mit dem Rotor (8) eines Elektromotors (6) , dessen Stator (7) relativ zu der Pumpenbasis (3; 3' ) fixiert ist, drehgekoppelt ist, und einen um eine zweite Achse (Y) , welche sich an einem Achsenschnittpunkt (M) mit der ersten Achse (X) unter einem von Null verschiedenen Winkel schneidet, drehbaren zweiten Pumpenrotor (5) , wobei
- die beiden Pumpenrotoren (4, 5) miteinander kämmende Verzahnungen (12, 15) mit einer um eins voneinander abweichenden Anzahl an Zähnen (13, 16) aufweisen dergestalt, dass zwischen den beiden Verzahnungen (12, 15) eingeschlossene Kammern (26) beim Umlauf der beiden Pumpenrotoren (4, 5) um die jeweilige Achse (X, Y) ihr Volumen vergrößern bzw. verkleinern,
- der erste Pumpenrotor (4) radial außerhalb der zugeordneten Verzahnung (12) einen Kragen (20) mit einer zu dem Achsenschnittpunkt (M) sphärischen Innenwand (21) aufweist, an welcher der zweite Pumpenrotor (5) mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Außenfläche (22) dergestalt anliegt, dass die Kammern (26) radial außen durch die sphärische Innenwand (21) des Kragens (20) begrenzt sind,
- der zweite Pumpenrotor (5) radial innerhalb der zugeordneten Verzahnung (15) einen kuppelförmigen Bereich (23) mit einer zu dem Achsenschnittpunkt (M) sphärischen Außenwand (24) aufweist, an welcher der erste Pumpenrotor (4) mit einer korrespondierenden, sphärisch ausgeformten Innenfläche (25) dergestalt anliegt, dass die Kammern (26) radial innen durch die sphärische Außenwand (24) des kuppelförmigen Bereichs (23) begrenzt sind,
- die der zugeordneten Verzahnung (15) abgewandte Stirnseite (17) des zweiten Pumpenrotors (5) als Gleitfläche (18) ausgeführt ist, mittels derer sich der zweite Pumpenrotor (5) an einer an der Pumpenbasis (3; 3' ) ausgeführten, zu der zweiten Achse (Y) senkrechten Stützfläche (19) abstützt,
- der zweite Pumpenrotor (5) eine der Anzahl der Zähne (16) von dessen Verzahnung (15) entsprechende Anzahl von Fluiddurchbrüchen (27) aufweist, welche in jeweils einen Zahnzwischenraum münden, und
- an der Stützfläche (19) zwei voneinander getrennte Aussparungen (28, 29) vorgesehen sind, welche mit unterschiedlichen an der Motor-Pumpe- Einheit ausgeführten Fluidanschlüssen (30, 31; 30', 31' ) strömungstechnisch kommunizieren.
Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) und der Motorrotor (8) zu einer starren baulichen Einheit gefügt sind oder der Motorrotor (8) integraler Bestandteil des ersten Pumpenrotors (4) ist . Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) und der Motorrotor (8) drehfest-axialverschiebbar miteinander gekoppelt sind. Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) bezüglich der ersten Achse (X) axial verschieblich gelagert ist, wobei der erste Pumpenrotor (4) mittels einer mechanischen Vorspannfeder (54) zur Anlage von dessen Verzahnung
(12) an der Verzahnung (15) des zweiten Pumpenrotors (5) vorgespannt ist. Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Motorrotor (8) bezüglich der ersten Achse (X) axial verschieblich gelagert ist, wobei die Vorspannfeder (54) stirnseitig auf den Motorrotor (8) wirkt. Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) und/oder der Motorrotor (8) dergestalt in einen mit jenem Fluidanschluss (30; 30' ) , welcher beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit dessen Druckanschluss bildet, kommunizierenden Druckraum eintauchen, dass auf den ersten Pumpenrotor (4) eine die Anlage der Verzahnung (12) des ersten Pumpenrotors (4) an der Verzahnung (15) des zweiten Pumpenrotors (5) steigernde hydraulische Axialkraft einwirkt. Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Pumpenrotor (4) an seinem Umfang in einer an der 22
Pumpenbasis (3; 3' ) ausgeführten gleitlagerartigen Aufnahme (10) gelagert ist. Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die gleitlagerartige Aufnahme (10) mindestens ein strömungstechnisch mit dem Innenraum eines Motorgehäuses 46 verbundener, insbesondere als Fluidnut (58; 58' ) ausgeführter Kanal eingearbeitet ist. Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Pumpenrotor (5) ringförmig ausgeführt ist mit einem zentralen Durchbruch (36) und dass ein relativ zu der Pumpenbasis (3; 3' ) feststehender, zu der ersten Achse (X) koaxialer Lagerzapfen (34) vorgesehen ist, der durch den zentralen Durchbruch (36) des zweiten Pumpenrotors (5) hindurchtritt. Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (34) auch durch den ersten Pumpenrotor (4) hindurchtritt und dass auf ihm der erste Pumpenrotor (4) und/oder der Motorrotor (8) um die erste Achse (X) drehbar gelagert ist. Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (34) an seinem der Pumpenbasis (3; 3' ) abgewandten Ende (56) frei auskragt . Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich an dem 23
Lagerzapfen (34) eine Vorspannfeder (54) im Sinne des Anspruchs 5 abstützt. Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Fluidanschlüsse (30' ) an einem mit der Pumpenbasis (3; 3' ) dichtend verbundenen, den Stator (7) des Elektromotors (6) aufnehmenden Motorgehäuse (46' ) ausgeführt ist. Motor-Pumpe-Einheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (8) von Fluid, welches beim Betrieb der Motor-Pumpe-Einheit durch diese gefördert wird, umströmt ist. Motor-Pumpe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass keine eine Führung des zweiten Pumpenrotors (5) quer zu der zweiten Achse (Y) bewirkende radiale Lagerung des zweiten Pumpenrotors (5) an der Pumpenbasis (3; 3' ) oder einem Gehäuseteil vorgesehen ist.
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