CN107250541B - 摆线泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于具有大约20至大约40 mm的齿顶直径的转子的摆线泵，其利用在3至20 bar之间的范围中的供送压力工作并且被用于供送几乎不润滑的介质，例如作为在机动车领域中的油泵用于供送具有低的粘性的马达油。本发明所针对的任务在于，开发一种具有被套筒导引的转子的摆线泵，该摆线泵在采用低粘性的供送介质（例如“薄流动的轻行油”）时，结合在较小的泵系统（该泵系统的转子具有大约20至大约40 mm的齿顶直径并且该泵系统的供送压力位于3至20 bar的范围中）中的应用，并且该泵系统在500至1000 U/min的范围中的小的转速和高的工作压力中，显著减小在同时效率损失时驱动力矩的过量的升高。根据本发明的摆线泵，具有布置在彼此啮合的齿轮的端壁（5）的两侧的侧壁（6），其中，在这些侧壁（6）至少之一中布置有各一个圆弧形的压肾（8）和对置地一个圆弧形的吸肾（9），特征在于，在所述转子（1）的相邻于所述压肾（8）和所述吸肾（9）的端壁（5）处，在每个齿（10）处在其齿高（H）上布置有各一个或者在所述齿中面（M）中开始的或者在所述转子（1）的旋转方向（R）上在所述齿中面（M）前“偏置地”开始的、与所述转子（1）的端壁（5）的表面平面在所述转子（1）的旋转方向（R）上倾斜的润滑面（11），该润滑面由一个平整的面或多个彼此联接的平整的分面形成，它们相对于所述转子（1）的端壁（5）的表面平面包围了各一个倾角（α、ß、γ...），该倾角分别位于从0.2°至7°的范围中。

Description

摆线泵

技术领域

本发明涉及用于具有大约20至大约40 mm的齿顶直径的转子的摆线泵（Gerotorpumpe），其利用在3至20 bar之间的范围中的供送压力工作并且被用于供送几乎不润滑的介质，例如作为在机动车领域中的油泵用于供送具有低的粘性的马达油。

背景技术

在现有技术中，存在对于具有外制齿的内轮和内制齿的齿环（外轮）的摆线泵的原理和工作方式的多个申请，该外轮如此导引在壳环的圆形的间隙中：使得两个齿轮处于啮合的嵌接中并且围绕其自身的、但是彼此偏置的轴线旋转，其中，处于嵌接中的转子在周部彼此形成压力室（压力腔），该压力室在其大小和其位置中循环地改变。

在这些彼此啮合的齿轮的两侧布置有端壁作为盖部和/或壳，其中，在所述端壁/盖部的至少之一中，在包含所述轴线的、在截面中表现为中线的偏心平面的两侧，一侧布置有圆弧形的压槽并且另一侧布置有圆弧形的吸槽。

这些按照摆线原理工作的齿轮泵要求偏心率的高精度的遵守，并且在用于机动车领域时在高的可靠性和长的寿命中要求尽可能在花费上有利的制造。

在DE 10 2012 205 406 A1中规定了一种摆线泵，在其中，借助于经弯曲的、不同于直线的嵌接线和所述齿轮的端壁的沿着整个齿部轮廓斜切的边缘区域，应该促成减少压力脉动，该压力脉动在运行前述的摆线泵时导致减少噪音形成。

在此，在这种解决方案中，由于从这个解决方案中得到的缝隙连接部，换来在所述齿腔之间在这种排挤机器的运行中在所述齿面的边缘区域之间的密封特性的变差。

同样，在DE 10 2006 047 312 A1中结合摆线泵介绍的解决方案用于在运行这种液压机器时减小压力峰值。

在按照DE 10 2006 047 312 A1的解决方案中，在所述齿轮的两个侧部处，在齿顶处的顶点的两侧布置有矩形的空隙，该空隙在一时刻（在该时刻压力腔具有最小的或最大的容积）处促成与相邻的压力腔的短接，从而实现了流体向着相邻的腔的回流和由此压力补偿。由于由此促成的减小了正的和负的压力峰值，在这里应该低磨损地构造所述液压机器的运行特性。

在DE 26 06 172 C2中规定了具有小的径向尺寸的摆线泵的一个另外的结构形式，在其中，通过单侧地安装靠置在所述摆线泵的连续的端壁处的、被定位在所述相邻的齿轮端侧处的环槽中的密封圈，应该将泄漏损失保持得小。密封元件在所述内转子处的这种单侧的安装却促成的是，所述齿轮以显著的力向着对置的、设有开口的端壁挤压。为了此时减小从高的法向力中得到的很高的摩擦力，在所述齿轮的对置于所述密封元件的端侧处，在每个齿顶处在上部，经过齿顶高度的一部分，对称于齿中轴地，布置有两个与所述相邻的排挤腔相连的以两个凹部为形式的压力补偿面，该凹部通过径向的接片彼此分离。借助于这些压力补偿面，通过单侧的密封所引起的高的、促成摩擦力的法向力（轴向的密封力）如此程度地下降或补偿：使得虽然所述齿轮的减小所述泄漏缝隙的、对设有所述开口的端壁的按压力还存在，但是这种按压力如此程度地减小：使得不再出现“过量的”摩擦。在此，布置在所述齿顶的端侧处的两个排挤腔之间的径向的接片促成的是，在所述齿顶处彼此相邻布置的排挤腔不会短接。

确实在具有小的径向的直径的摆线泵的这种解决方案中，通过在所述齿轮/内转子处施加泵压力促成了倾翻力，该倾翻力促成了所述内转子在转角的大约180°上与所述摆线泵的对置的端壁的局部的接触并且导致不可忽略的磨损。

这种磨损问题，以及在这样的结构形式中必然出现的摩擦力加强地在供送具有低粘性的介质时出现并且还导致高的驱动转矩。

为了减小燃料消耗，在机动车领域中在过去几年中加强地采用具有低粘性的马达油。

在导送通过（供送）几乎不润滑的介质时，因此也在油泵中存在的必要性是，使用很硬的和同时耐腐蚀的材料，例如陶瓷或硬金属。

这些材料的采用在摆线泵的所有受摩擦负荷的功能构件中是有意义的，以便从而避免在采用软的材料时的持续的磨损。

但是从制造技术方面的视角中，尤其出于成本原因，从陶瓷或者硬金属中制造泵壳很成本密集。

从数十年来，采用具有来自陶瓷或硬金属的低磨损的轴承套的被套筒导引的转子是常见的。同样，这些套筒在来自铸件/轻金属的泵壳中借助于粘接剂等的固定从数年来被已知。

结合采用被套筒导引的转子，尤其在较小的泵系统（其转子具有大约20至大约40mm的齿顶直径并且所述泵系统利用在3至20 bar的范围中的供送压力工作）中，尤其在500至1000 U/min的范围中的小的转速和高的工作压力中，显著的是在同时效率损失时驱动力矩的过量的升高。

对此的原因是，在结合采用低粘性的供送介质的过小的滑动速度中，动态承载的润滑膜不再能够构建，从而系统过渡到混合摩擦的状态中。

甚至在采用来自陶瓷或者硬金属的低磨损的轴承套时，在被套筒导引的转子中、尤其结合采用来自铸件/轻金属的泵壳，在所述壳处和/或盖部处的吸槽的两侧的区域中出现能够测量的磨损现象，其随着有待供送的介质的升高的工作压力和下降的粘性能够归因于在所述壳处和/或盖部处的转子的起动，并且随着使用持续时间导致在所述摆线泵的压侧和吸侧之间的泄漏损失增大。

这一点导致在所述泵的同时的效率损失时的驱动力矩的过量的升高，从而除了可靠性外，也较大程度地损害上文所说明的摆线泵的寿命。

发明内容

因此本发明所针对的任务在于，开发一种具有被套筒导引的转子的摆线泵，该摆线泵排除了现有技术的前述的缺点，并且该摆线泵在采用低粘性的供送介质（例如“薄流动的轻行油”）时，结合在较小的泵系统（该泵系统的转子具有大约20至大约40 mm的齿顶直径并且该泵系统的供送压力位于3至20 bar的范围中）中的应用，并且该泵系统在500至1000U/min的范围中的小的转速和高的工作压力中，显著减小在同时效率损失时驱动力矩的过量的升高，从而所述根据本发明的摆线泵随着高的可靠性和在长的寿命中始终保证了高的泵效率。

根据本发明，此任务通过按照本发明的独立权利要求的特征的齿轮泵来解决。

本发明的有利的实施方案、具体情况和特征从从属权利要求中以及对于根据本发明的解决方案的图解的示意中得到。

附图说明

这些示意图示出了

图1：在截面中、在侧视图中的摆线泵；

图2：对按照现有技术类似于图1构建的和当前按照任务采用的摆线泵的、具有在现有技术中常见的磨痕13的盖部7的侧壁6的在空间上的视图；

图3：对具有平整的在倾角α下倾斜的润滑面11的根据本发明构建的转子1的俯视图；

图4：对具有在转子1的旋转方向R上在齿中面M前“偏置地”开始的、平整的、在倾角α下倾斜的、配有这些齿壁部的类似于图3构建的转子的润滑面11的另外的可行的根据本发明的实施方式的齿10的作为细节示出的齿壁部的俯视图；

图5：对具有在两个倾角α和ß下分级地倾斜的润滑面11的根据本发明构建的转子1的俯视图；

图6：对具有在转子1的旋转方向R上在齿中面M前“偏置地”开始的、在两个倾角α和ß下分级地倾斜的、配有这些齿壁部的类似于图5构建的转子的润滑面11的另外的可行的根据本发明的实施方式的齿10的作为细节示出的齿壁部的俯视图。

具体实施方式

根据本发明的在图1中展示的摆线泵具有外制齿的正如在图3至6中所示那样的内轮、转子1和内制齿的外轮、齿环2，该齿环如此地导引在泵壳3的圆形的工作腔中：使得两个齿轮处于啮合的嵌接中并且围绕其本身的、但是彼此偏置的轴线旋转，其中，所述转子1单侧地支承在轴承套4上，并且在所述彼此啮合的齿轮的端壁5的两侧分别布置有侧壁6，该侧壁或者集成在所述泵壳3中，或者能够作为盖部7布置在所述泵壳3处，其中，在这些侧壁6的至少之一中，在包含齿环2和转子1的彼此偏置的轴线的偏心平面的两侧，布置有各一个圆弧形的压肾8和对置地一个圆弧形的吸肾9，所述摆线泵的特征在于，在所述转子1的相邻于所述压肾8和所述吸肾9的端壁5处，在每个齿10处在其齿高H上布置有各一个或者在所述齿中面M中开始的或者在所述转子1的旋转方向R上在所述齿中面M前“偏置地”开始的、与所述转子1的端壁5的表面平面在所述转子1的旋转方向R上倾斜的润滑面11，该润滑面由一个平整的面或多个彼此联接的平整的分面形成，它们相对于所述转子1的端壁5的表面平面包围了各一个倾角α、ß、γ...，该倾角分别处于从0.2°至7°的范围中。

借助于这些在所述转子1的相邻于所述压肾8和吸肾9的一个/多个端壁5处/中在所述转子1的每个齿10处根据本发明在转子1的旋转方向R上布置的、倾斜的润滑面11，能够显著减小在现有技术中根据任务所采用的摆线泵的在图2中在盖部7的侧壁6的在空间上的示意中所示的磨损特性。

在图2中所示的、在当今的现有技术中常见的磨痕13归因于：对于在转子1的端壁5和泵壳3的或盖部7的设有压肾8和吸肾9的相邻的侧壁6之间的较差润滑的供送介质（例如低粘性的供送介质/油），不再能够构建承载的润滑膜，因为所述滑动速度过小，从而所述系统过渡到混合摩擦的状态中，其中，由于支承间隙，所述转子1通过由在压肾8中的压力和吸肾9中的压力之间的压力差促成的对所述摆线泵的相邻的侧壁6的单侧的负荷而起动，增大地“倾翻”，并且在此直至转子1的最大可行的倾翻角（该倾翻角从在（也即连同）所述导引套筒上的可能的导引间隙中得到）地连续地越来越深地“铣入”到所述相邻的一个/多个侧壁6中。

这种磨损本身利用很成本密集的滑动副不完全能够制止，因为在这种混合摩擦区域中，所有的常规的滑动支承副失效，从而在持续运行中，即便在很昂贵的滑动副的情况中，甚至结合成本密集的涂层等，也出现一直进行的磨损，该磨损不能够被克制并且由于一直增大的、由磨损造成的泄漏损失而导致所述泵的连续的效率损失。

根据本发明的、在所述转子1的每个齿10处在转子1的旋转方向R上的、在转子1的相邻于压肾8和吸肾9的端壁5处/中布置的倾斜的润滑面11促成的是，甚至在不利的框架条件下，例如高的工作压力下，在供送较差润滑的供送介质时，在滑动副的低的滑动速度和在花费上有利的滑动副的情况下，在转子1的端壁5和摆线泵的分别相邻于此的侧壁6之间构建流体动态地承载的润滑膜。

就此而论特征在于，与端壁5的表面平面在转子1的旋转方向R上倾斜的润滑面11平整地构造（正如在图3和4中所示那样），并且由平整的面组成，该面相对于转子1的侧壁5的表面平面包围了倾角α，该倾角位于从0.2°至7°的范围中。

例如利用平整的润滑面（正如在图3中所示那样）实现了很好的结果，该润滑面相对于转子1的端壁5的表面平面在0.5°的倾角α下倾斜。

在一个另外的实施例中，正如在图5中所示那样，由各两个彼此联接的平整的分面形成了在转子1的端壁5处在每个齿10处布置的润滑面11，该分面相对于转子1的端壁5的表面平面包围了各一个倾角α或ß，其中，α小于ß，并且所述润滑面11的在较大的倾角ß下倾斜的分面在面出部（Flächenauslauf）14处过渡到所述转子1的端壁5的表面平面中。

在图5中所示的实施例中，倾角α为0.2°并且倾角ß为5°。所述润滑面11的两个分面彼此形成了面分离端部15并且在此在钝角下彼此靠置，其中，所述润滑面11的在“第二”倾角ß下倾斜的分面在所述面出部14处过渡到所述转子1的端壁5的表面平面中。所述润滑面11的两个分面向着转子中部的方向沿着较陡的面棱边16过渡到所述转子1的端壁5的表面平面中。在当前的实施例中，所述转子1由材料SintD39形成，所述齿环2同样由SintD39形成，轴承环12由St38形成并且泵壳3由材料AlSi9Cu3形成。

在实施例中按照图5所示的布置在每个齿10处的、在切向于旋转方向和平行于转子1的中轴线走向的倾斜平面E中在前述的倾角α和ß下倾斜的、所述润滑面11的平整的分面能够在制造技术方面简单地和在花费上有利地制造并且在前述的应用条件下保证了根据本发明的任务说明的最佳的解决方案。

根据本发明也在于，正如在图4和6中所示那样在转子1的端壁5中在每个齿10处在整个齿高H上布置的润滑面11在转子1的旋转方向R上在所述齿中面M前“偏置地”布置成使得它们平行于齿中面M和以齿根宽度B的最大20%的偏置量V偏置地开始。

由此，正如在轴向的滑动轴承中那样，促成了局部的压力建立，该压力建立还能够测量地减小在转子1和盖部7之间的摩擦力。

本发明的主要方面也在于，轴承套4由陶瓷材料形成，该陶瓷材料在其支承表面处具有小的粗糙高度。

在当前的实施例中，轴承套4的支承表面的粗糙度值是Rz=1，其中，所述轴承套4本身由材料Al₂O₃形成。

转子1的所配设的支承孔的粗糙度在当前的实施例中位于Rk <= 3。

在所有的实施例中，甚至在最大负荷下的超过2100 h的持续测试之后在测量技术上不能证实磨损（既不在轴承套4处也不在转子1处）。

在转子1的“支承面”处，在盖部7处，还意外地出现了至今不能够解释的以“固有光泽（Eigenpolitur）”为形式的微动态的效果，该效果在当前不能够利用滑动轴承理论来解释，因为确定地现存的混合摩擦由于直接的体接触按照常用的理论必须产生累进的磨痕。但是，这种磨损本身按照在最大负荷的长时间测试不能够证实。

此外特征在于，轴承套4的导引长度F计为所述轴承直径D的2倍至2.3倍。

由此，套筒孔的形变和转子1的从中得到的“倾翻”本身在由轻金属（例如Al合金）形成的泵壳3中被有效地减小。

不依赖于套筒固定，尤其在铸壳中，有利的是，套筒导引部的周边环境区域在结构方面利用高的刚度来构造，以便有效地制止所述套筒孔的可能的形变（由于转子1的作用到所述轴承套4上的“工作负荷”）。

特征也在于，所述轴承套4的导引长度F计为所述轴承套4的总长度L的大约53%至60%。

结合所述套筒孔的周边环境区域的前述的构造方案，轴承套4的根据本发明的导引长度F，除了所述轴承套4在所述泵壳3中的位置可靠的定位（无论通过粘接或通过压配合），结合采用由具有高的弹性模量的材料（例如陶瓷/弹性模量大约380至400 GPa）形成的轴承套4，在所述轴承套的不易弯曲（也即在高的径向负荷中反作用于所述轴承套4的弯曲）的构造的同时，保证了转子1在所述泵壳3中的可靠的定位。

也有利的是，泵壳3由铝铸件制成。这除了在花费上有利的制造技术方面简单的制造，同时实现了高的可靠性和长的寿命。

由此，借助于根据本发明的解决方案实现的是，开发一种具有被套筒导引的转子的摆线泵，该摆线泵本身在采用低粘性的供送介质（例如“薄流动的轻行油”）时，结合在较小的泵系统（该泵系统的转子具有大约20至大约40 mm的齿顶直径并且该泵系统的供送压力位于3至20 bar的范围中）中的应用，并且该泵系统本身在500至1000 U/min的范围中的小的转速和高的供送压力中，显著减小在同时效率损失时驱动力矩的过量的升高，从而所述根据本发明的摆线泵在高的可靠性和在长的寿命中始终保证了高的泵效率。

附图标记清单

1 转子

2 齿环

3 泵壳

4 轴承套

5 端壁

6 侧壁

7 盖部

8 压肾

9 吸肾

10 齿

11 润滑面

12 轴承环

13 磨痕

14 面出部

15 面分离端部

16 面棱边

H 齿高

B 齿根宽度

M 齿中面

R 旋转方向

F 导引长度

L 总长度

D 轴承直径

E 倾斜平面

V 偏置量

α，ß，γ 倾角。

Claims (6)

1.一种摆线泵，具有外制齿的内轮、转子（1）和内制齿的外轮、齿环（2），该齿环在泵壳（3）的圆形的工作腔中导引成使得两个齿轮处于啮合的嵌接中并且围绕其本身的、但是彼此偏置的轴线旋转，其中，所述转子（1）单侧地支承在轴承套（4）上，并且在所述彼此啮合的齿轮的端壁（5）的两侧分别布置有侧壁（6），该侧壁或者集成在所述泵壳（3）中或者能够作为盖部（7）布置在所述泵壳（3）处，其中，在这些侧壁（6）的至少之一中，在包含齿环（2）和转子（1）的彼此偏置的轴线的偏心平面的两侧，布置有各一个圆弧形的压肾（8）和对置地一个圆弧形的吸肾（9），其特征在于，

仅在所述转子（1）的相邻于所述压肾（8）和所述吸肾（9）的端壁（5）处，在每个齿（10）处在其整个齿高（H）上布置有各一个或者直接在所述齿中面（M）中开始的或者在所述转子（1）的旋转方向（R）上在所述齿中面（M）前“偏置地”开始的、与所述转子（1）的端壁（5）的表面平面在所述转子（1）的旋转方向（R）上倾斜的润滑面（11），该润滑面由一个平整的面或多个彼此联接的始终平整的分面形成，它们相对于所述转子（1）的端壁（5）的表面平面包围了各一个倾角（α、ß、γ...），该倾角分别处于0.2°至7°的范围中。

2.按照权利要求1所述的摆线泵，其特征在于，由各两个彼此联接的平整的分面形成了相对于所述端壁（5）的表面平面在所述转子（1）的旋转方向（R）上倾斜的润滑面（11），该分面相对于所述转子（1）的端壁（5）的表面平面包围了各一个倾角（α）或（ß），其中，（α）小于（ß），并且所述润滑面（11）的在较大的倾角（ß）下倾斜的分面在面出部（14）处过渡到所述转子（1）的端壁（5）的表面平面中。

3.按照权利要求1或2所述的摆线泵，其特征在于，在所述转子（1）的端壁（5）中在每个齿（10）处在整个齿高（H）上布置的润滑面（11）在所述转子（1）的旋转方向（R）上在所述齿中面（M）前“偏置地”布置成使得它们平行于所述齿中面（M）地和以齿根宽度（B）的最大20%的偏置量（V）偏置地开始。

4.按照权利要求1或2所述的摆线泵，其特征在于，轴承套（4）由陶瓷材料形成，该陶瓷材料在其支承表面处具有小的粗糙度。

5.按照权利要求1或2所述的摆线泵，其特征在于，所述轴承套（4）的导引长度（F）为轴承直径（D）的2倍至2.3倍。

6.按照权利要求1或2所述的摆线泵，其特征在于，所述轴承套（4）的导引长度（F）为所述轴承套（4）的总长度（L）的53%至60%。