CN109983228A - 电动摆线转子泵及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种电驱动式摆线转子泵，其具有摆线转子(3)，所述摆线转子(3)包括：具有内齿部(33a)的固定摆线转子外部元件(31)，所述固定摆线转子外部元件(31)由两个室壁(13a，13b)轴向界定，其中，所述内齿部(33a)的每个形成室的齿根部段与压力阀(4)相关联，所述压力阀(4)与出口(16)连通；以及具有外齿部(33b)的摆线转子内部元件(30)，所述摆线转子内部元件(30)在所述摆线转子外部元件(31)中的所述轴(2)的偏心部段上周向地被引导并且可旋转地被支承，使得所述摆线转子内部元件(30)与所述内齿部(33a)啮合。

Description

电动摆线转子泵及其制造方法
技术领域
本发明涉及电驱动式摆线转子泵和用于制造摆线转子泵的实施方式的方法。
背景技术
电动摆线转子泵，也称为齿轮泵，例如经常已知为辅助装置，例如油泵，用于转向辅助的伺服泵或齿轮箱中的液压泵。这里，对于具有紧凑尺寸的实施方案，一种摆线转子已经普及，其中外转子和偏心布置的内转子通过齿部啮合并沿相同方向旋转。当从动内转子通过啮合带动外转子时，在齿部中的月牙形工作室的无限圆周序列中实现挤压。例如在DE102015002353A1中示出了在作为电动油泵或辅助泵的应用典型设计方案中的这种摆线转子泵。
在移动应用中，例如在汽车制造业中，泵和液压回路经受大的温度波动，这导致电驱动器方面的波动的功率需求依赖于液压介质的粘度。尤其在车辆的冷起动时，为了在油的粘度较高且轴转速较低的情况下启动泵和回路，并且尤其是克服来自静止状态的分离扭矩的阻力，需要比在后续操作中高得多的电功率。
在可从车载电气系统获得的有限电压的情况下，高峰值电流对于该功率需求短时间流动，该高峰值电流又需要相应大尺寸的功率电子器件、导线横截面、定子线圈等。从经济观点来看，通过大规模电驱动器提供的冷启动条件的功率储备相对于电动泵在运行中持久地接收明显更低的电流的额定功率，在重量、结构尺寸和制造成本方面存在相当大的缺点。另外，合适的较大的电驱动器通常需要额外的传感器和控制器，例如用于检测转子位置等的角度传感器，这代表了进一步的成本因素并增加了驱动器的复杂性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种电驱动式摆线转子泵，其允许使用与泵相同额定功率的更便宜的电动机。
该目的是根据本发明通过具有权利要求1的特征的电驱动式摆线转子泵来实现的。
根据本发明的电驱动式摆线转子泵，其特征尤其在于摆线转子，其包括：具有内齿部的固定摆线转子外部元件，所述固定摆线转子外部元件由两个室壁轴向界定，其中，所述内齿部的每个形成室的齿根部段与压力阀相关联，所述压力阀与所述出口连通；以及具有外齿部的摆线转子内部元件，所述摆线转子内部元件在所述摆线转子外部元件中的所述轴的偏心部段上周向地被引导并且可旋转地被支承，使得所述摆线转子内部元件与所述内齿部啮合。
因此，本发明首次提供了具有固定摆线转子外部元件的电驱动式摆线转子泵。
与通常在电动泵中使用的其中外转子由从动内转子带动的摆线转子相比，在根据本发明的电动泵的结构中省去了在由内转子带动的情况下外转子的可滑动引导的旋转运动。由于省略了移动的外转子，固定的摆线转子外部元件实现了相当低的摩擦阻力和较低的分离扭矩，特别是当同时提供滑动轴承的润滑的液压介质具有高粘度时。由于其结构，传统电动泵中的摆线转子类型的外转子具有在外圆周上的最大可能的滑动表面配对，滑动表面配对相应地与粘性液压介质大面积接触并且在冷启动时需要特别高的扭矩来克服启动时的分离扭矩。
利用根据本发明的具有固定摆线转子外部元件的电动摆线转子泵的结构，外转子的支承的这种特性被认为是一个关键问题，通过在结构中避免它，提出了具有以下附加优点的可能解决方案以实现该目的。
由于根据省去的滑动轴承表面而使粘度影响较低并且由于分离扭矩相应较低，可以大大减小用于冷启动条件的电驱动器的比例过大的功率储备，使得驱动器尺寸进一步接近泵的额定功率，并且可以取得显著的重量、尺寸和成本优势。根据应用，可以必要时省去使用旋转角度传感器来监控控制功能或驱动器的闭锁，从而可以进一步降低复杂性和制造成本。
此外，通过根据本发明的电动摆线转子泵的结构的摆线转子内部元件也取得了较低的摩擦阻力。与具有从动内转子和带动外转子的摆线转子类型相比，当摆线转子内部元件在偏心引导的圆形路径上周向地从摆线转子外部元件的固定内齿滚动时，摆线转子内部元件经受相当低的旋转速度，这可以与用于绘制钢笔或铅笔的螺旋计进行比较。准确地说，与具有两个移动转子的泵相比，根据本发明的电动摆线转子泵的结构中的摆线转子内部元件的转速减少1/摆线转子外部元件的内齿数，即本案中减少到转速的1/9。这种转速的降低在运行中具有特别大的影响，即对于滑动接触的较低摩擦阻力，将摆线转子内部元件的端面朝向室壁密封，这些室壁也代表一对大的滑动表面。
与传统结构相比，这不仅消除了外转子的摩擦损失，而且还减少了由内转子的旋转引起的摩擦损失，并且提高了电动摆线转子泵在连续运行中的效率。
不过在现有技术中已知一些具有固定摆线转子外部元件的摆线转子的实施方案。然而，这种类型的摆线转子通常具有复杂的结构，因为由于工作室的循环不足，需要用于来自每个工作室的单独出口的多个止回阀或压力阀。因此，它们主要设计用于高负荷液压系统，其中需要防止空转状态下的回流并保持压力。
DE4440782A1和DE3716960A1公开了上述具有更复杂结构的泵，其设想用于通过内燃机进行驱动，并且具有针对轴承和阀类型的特征，这些特征被设计用于高压力下的位移时的稳定性，但是由于相对高的成本，这些特征也排除了该类型摆线转子用于本本申请以实现该目的。
现有技术中已知的具有固定摆线转子外部元件的摆线转子的结构由于结构复杂而既没有在中功率等级和紧凑的结构形式的应用中予以经济上地成功实施，又没有在低功率等级和相应的结构形式小型化的应用中予以成功实施。
与此不同的是，本发明提出了具有固定摆线转子外部元件的摆线转子的新应用，其具有可以在较低功率等级中的电驱动器，其中通过摩擦电阻的功率损耗占据相当高的相关性，并且其中在大批量制造的经济环境中，诸如电动机或传感器的尺寸确定的对策受到严格限制。因此，根据本发明，首次认识到，尽管为泵组选择了液压更复杂类型的摆线转子，但其优点就电动机组件的尺寸确定而言提供了更大的优势。
电驱动式摆线转子泵的有利改进方案有利于摆线转子在功率等级方面的简化优化以及更具成本效益的制造，这是从属权利要求的主题。
根据本发明的一个方面，轴的偏心部段可以构成为轴的自由端部处的偏心延伸部，摆线转子内部元件在所述轴的偏心部段上周向地被引导并且可旋转地被支承。
因此，本发明首次在绕转式位移泵上或在摆线转子泵上，尤其是在具有固定摆线转子外部元件的这种摆线转子泵上设置单侧轴支承部。因此，根据本发明的摆线转子泵的结构提出了该摆线转子类型的特定应用优化，其考虑了高达例如1.5kW的低和中液压功率等级。
此外，该设计允许泵结构的较小轴向尺寸，该较小轴向尺寸是在轴支承部的相对侧上实现的。因此，根据该原理，也可以提供一个实施方式，其中泵结构的轴向尺寸直接以摆线转子的端面边界结束。
摆线转子的第二支承部的消除导致构件总数量的减少，这在大批量制造时，在材料成本的成本优化、构件制造工作步骤以及构件组装成本和最终所需的生产时间方面具有积极影响。
根据本发明的一个方面，在壳体中，轴的支承部可以布置在单个轴向轴部段中，并且该支承部可以具有至少两滚动体排。
轴支承部具有两个轴向相邻的滚动体排，由此承受左侧所示的驱动侧和右侧所示的泵侧之间的倾斜力矩并将其导出到泵壳体。
根据本发明的一个方面，在入口和摆线转子外部元件的内齿部的形成室的齿根部段之间的连接路线延伸通过轴的自由端部、偏心延伸部中的控制缝隙以及摆线转子内部元件中的外齿部的齿根部段的径向分支。
通过控制缝隙使得几何约束控制可用，该控制依赖于体积增加的角度区域和在啮合的两侧上的工作室中的体积减小的角度区域，实现泵入口和工作室之间的连接和锁定功能。
根据本发明的一个方面，室壁可以封闭泵壳体的开放轴向端部并包括入口和出口的口部。
在该设计方案中提供了轴向尺寸特别短且构件数量减少的结构形式。
根据本发明的一个方面，压力阀可以由摆线转子外部元件中的径向开口缝隙形成，所述径向开口缝隙由具有转动部段的搭扣件形状的金属板弯曲部相对于围绕所述摆线转子外部元件的环形出口室覆盖。
该设计方案代表了用于制造多个压力阀或止回阀的总成的生产技术上有利且功能性的实施方式。此外，提供了具有从工作室径向离开的位移流的结构形式，该结构形式提供了具有制造技术上有利的阀的泵的短轴向尺寸的实施方式。
根据本发明的一个方面，在面向摆线转子的端面处，室壁具有以有规则的或不规则的图案被引入的表面结构，其深度优选为1至2μm。
通过借助电化学处理或激光照射将微结构引入到室壁的表面中，改善了摩擦测量性能并因此提高了效率。微结构化改善了长链油分子在材料表面上的积累并确保在压力峰值下滑动表面之间的剩余润滑膜更好地粘附，例如，该压力峰值在剪切力作用于摆线转子内部元件上时部分越来越多地产生。
根据本发明的一个方面，泵壳体可以在内表面上具有轴向部段，所述轴向部段具有圆柱形侧表面(即壳表面)，其与轴密封部的圆柱形外周部段、轴的支承部、两个室壁和摆线转子外部元件中的至少一个的固定配合。
通过在泵壳体和所有内置部件之间提供压配合，省去了它们之间的密封件以及诸如螺钉等的螺纹连接件或紧固装置。
根据本发明的一个方面，根据本发明的具有上述压配合的摆线转子泵可以通过以下步骤来制造：将轴密封部、包括轴在内的轴支承部、第一端面室壁和固定摆线转子外部元件按该轴向顺序压入到泵壳体中；其间或随后将轴的偏心延伸部推动到摆线转子内部元件的压入支承部中；通过压入或焊接将第二端面室壁固定在泵壳体中；其间或随后将轴的另一端部压入到电动机转子中；插入并固定电动机定子和电动机电子器件以及电动机盖。
通过利用压入过程组装和固定所有构件，省去了用于切割螺纹和用于引入用于密封件的收纳槽的制造费用以及用于螺纹连接件、螺钉和密封件的安装费用。在设计用于低功率等级的摆线转子泵的情况下，在出口侧室壁或出口侧泵盖上的压配合的强度和密封会是充分的。在设计用于中功率等级例如从20bar到150bar的摆线转子泵的情况下，会需要在泵壳体和作为泵盖的出口侧室壁之间使用不同的连接技术，例如焊接连接。
附图说明
以下基于两个实施方式参照附图详细描述本发明。在这些附图中：
图1示出了根据本发明的电驱动式摆线转子泵的纵向剖视图；和
图2示出了从图1的截面A截取的摆线转子的横截面。
具体实施方式
以下，参照图1和图2描述根据本发明的电驱动式摆线转子泵的结构。
从图1中可以看出，泵壳体1包括径向内置壳体部段和径向外置壳体部段，该径向内置壳体部段朝一个轴向侧打开，该径向外置壳体部段向另一个轴向侧打开。在内置壳体部段中收纳有轴密封部12、具有支承部21的轴2以及摆线转子3和室壁13a、13b。在外置壳体部段中收纳有电驱动器5，该电驱动器5具有定子51、电动机电子器件50和电动机转子52。
电动机转子与轴2的与摆线转子3相对的端部部段连接，并且径向地围绕内部壳体部分或轴向地朝向轴中心穿过它。电动机定子51围绕电动机转子52抵靠外置壳体部段的外壁的内表面固定在泵壳体1上。泵壳体1的打开的驱动侧端部由电动机盖15封闭，在该电动机盖15中嵌入有具有电路板的电动机电子器件50、具有功率输入连接端子的功率电子器件、以及泵-ECU。
在轴2的收纳在泵壳体1中的轴向部段处，在轴周边和内置壳体部段的内侧表面(即壳表面)之间布置有轴支承部21。轴支承部21对应于水泵支承部的类型，该水泵支承部的类型从其使用在离心泵上而已知。轴支承部21包括两个轴向相邻的滚动体排20a和20b。具有球形滚动体的滚动体排20a吸收轴2上的径向力和轴向力，这些球形滚动体在轴2中的两个相对的圆形槽和支承部21的壳之间周向地被引导。具有如对应于滚针轴承那样的圆柱形滚动体的滚动体排20b吸收径向力，并且尽管支承部位置之间的轴向距离较小，也确保在轴的轴线上充分吸收倾斜力矩。
在轴支承部21后面的轴2的自由端部处，偏心的轴延伸部23在轴向方向上进一步延伸到泵壳体1中，该偏心的轴延伸部23具有比轴周长小的周长，并且其圆周的中心轴线相对于轴的轴线偏心地移位。摆线转子3的组件容纳在轴延伸部23的轴向延伸部段中，该轴向延伸部段在轴延伸部23和泵壳体1之间。
摆线转子3包括摆线转子外部元件31和摆线转子内部元件30。摆线转子外部元件31稳固地固定在泵壳体1的凸缘部段的内侧表面(即壳表面)中并且具有内齿部33a。在摆线转子外部元件31内，摆线转子内部元件30布置在偏心的轴延伸部23上，该摆线转子内部元件30具有外齿部33b。摆线转子内部元件30通过滑动轴承32在偏心的轴延伸部23上可旋转地被支承，并且在轴2的旋转时通过使轴延伸部23相对于轴的轴线，即轴2的旋转轴线偏心地移位而在稳固的摆线转子外部元件31内的圆形路径上被周向引导。在这里，摆线转子内部元件30和摆线转子外部元件31以对摆线转子类型来说特有的方式啮合。
摆线转子3由两个室壁13a和13b轴向界定，如图1所示。在固定摆线转子外部元件31的径向区域中，室壁13a和13b与摆线转子外部元件31的端表面处于固定表面接触，内齿部33a的月牙形工作室位于该径向区域中。同时，室壁13a和13b在相同的径向区域中与摆线转子内部元件30的端表面滑动接触。由此，在内齿部33a和外齿部33b之间的输送介质被封闭在轴向边界处。
在摆线转子内部元件30的偏心引导的圆形路径上，根据外齿部33b进行摆线转子内部元件30的滚动运动。同时在月牙形工作室中，在啮合的区域中发生逐渐接合且再次释放的位移动作的连续无限序列，这些月牙形工作室形成在摆线转子外部元件31的内齿部33a的齿根部段中。下述的入口和出口用于泵送介质进出每个工作室，产生圆周位移装置的操作原理。
入口孔沿轴2的旋转轴线延伸，该入口孔作为盲孔通过室壁13b延伸到轴2的偏心延伸部23中并且同时形成泵的入口14。如从图1和图2中的不同视角所示，偏心延伸部23具有控制缝隙24，该控制缝隙24在摆线转子内部元件30的轴向部段内从偏心延伸部23的圆周直至入口孔取出圆弧段。在摆线转子内部元件30中构成有入口通道34的径向分支，这些入口通道34在周向的控制缝隙24的接口和外齿部33b的齿根部段之间延伸。
控制缝隙24凹入或打开的旋转角度范围在偏心延伸部23上指向啮合的一侧，在该侧上内齿部33a中的月牙形工作室的体积增加，也就是说在相对于偏心延伸部23的周向方向的后侧上。因此，工作室的填充由控制缝隙24如此控制，使得总是那些体积在啮合之后再次增加的工作室经由相关联的入口通道34与泵的入口14连接。相反，控制缝隙24的旋转角度范围的延伸部如此选择，使得入口14和这种与体积在啮合之前和之中减小的工作室相关联的的入口通道34之间的连接被阻挡。
从内齿部33a的齿根部离开的出口通道朝向工作室的径向相对侧形成为固定的摆线转子外部元件31中的径向开口缝隙41。开口缝隙41是多个止回阀或压力阀4的组成部分，其数量对应于内齿部33a的工作室的数量。压力阀4由径向开口缝隙41和多个弹性金属板弯曲部40形成。这里，金属板弯曲部40覆盖开口缝隙41的出口侧的口部，因此可以通过每个开口缝隙41中的预定压力从口部上方的覆盖位置被推回。
如图2所示，金属板弯曲部40具有带有转动部段的横截面，用于形成双层扣环形状。准确地说，金属板弯曲部40还在该横截面上在金属板层中具有凸起部，以提供双层扣环形状的自由端部的间隔，该间隔引起对应于弯曲梁或悬臂抵靠开口缝隙41的出口口部的弹性偏压。每个金属板弯曲部40在自由端部的区域中，即在转动部段的对面分别覆盖一个开口缝隙41并且还以预应力的方式在环形出口室17中弹性地展开。此外，金属板弯曲部40借助转动部段的凸起和摆线转子外部元件31的圆周上的相应凹槽之间的互锁接合来固定，以抵抗沿圆周方向绕过的液压介质。
环形出口室17由摆线转子外部元件31的外周边或周边台阶和泵壳体1的内壳部段或摆线转子外部元件31的为此相关联的环形部段形成，并且用于收集周向离开的位移流并将其供给到泵出口16的开口。室壁13b不仅包括泵出口16，而且包括泵入口14。
如从图1和图2可以理解，整个泵结构可以在没有螺纹连接的情况下实现。为此，各个部件通过泵壳体1的两个相对的开放侧以轴向顺序从轴密封部12经由轴2以及轴支承部21、室壁13a和摆线转子外部元件31与金属板弯曲部40一起压入到泵壳体1的内置壳体部段中，这使得相应的，尺寸稳定的压配件可用作交错的圆柱形内侧表面。另外，摆线转子内部元件30以及压入滑动轴承32一起滑动到偏心轴延伸部23上。此后，根据泵的压力区域的设计，压入或焊接室壁13b。同时或此后，在相对侧上，轴2的从内置壳体部段突出的部段被压入到电动机转子52中，并且电动机定子51以及电动机电子器件50和电动机盖15一起被推入并固定到泵壳体1的外置壳体部段中。

Claims (9)

1.一种电驱动式摆线转子泵，其具有：
泵壳体(1)，轴(2)在所述泵壳体(1)中可旋转地被支承，并且在所述泵壳体(1)中收纳有摆线转子(3)、入口(14)和出口(16)；
电驱动器(5)，具有电动机定子(51)和电动机转子(52)，所述电动机转子(52)与所述轴(2)连接并且可旋转地驱动所述摆线转子(3)；
其特征在于，所述摆线转子(3)包括：
具有内齿部(33a)的固定摆线转子外部元件(31)，所述固定摆线转子外部元件(31)由两个室壁(13a，13b)轴向界定，其中，所述内齿部(33a)的每个形成室的齿根部段与压力阀(4)相关联，所述压力阀(4)与所述出口(16)连通；以及
具有外齿部(33b)的摆线转子内部元件(30)，所述摆线转子内部元件(30)在所述摆线转子外部元件(31)中的所述轴(2)的偏心部段上周向地被引导并且可旋转地被支承，使得所述摆线转子内部元件(30)与所述内齿部(33a)啮合。
2.根据权利要求1所述的电驱动式摆线转子泵，其中，所述轴的所述偏心部段构成为在所述轴(2)的自由端部处的偏心延伸部(23)，所述摆线转子内部元件(30)在所述偏心部段上周向地被引导并且可旋转地被支承。
3.根据权利要求2所述的电驱动式摆线转子泵，其中，在所述壳体(1)中，所述轴(2)的支承部(21)布置在单个轴向轴部段中，并且所述支承部(21)具有至少两滚动体排(20)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动式摆线转子泵，其中，在所述入口(14)和所述摆线转子外部元件(31)的所述内齿部(33a)的所述形成室的齿根部段之间的连接路线延伸通过所述轴(2)的所述自由端部、所述偏心延伸部(23)中的控制缝隙(24)以及所述摆线转子内部元件(30)中的所述外齿部(33b)的齿根部段的径向分支。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动式摆线转子泵，其中，室壁(13b)封闭所述泵壳体(1)的开放轴向端部并包括所述入口(14)和所述出口(16)的口部。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动式摆线转子泵，其中，所述压力阀(4)由所述摆线转子外部元件(31)中的径向开口缝隙(41)形成，所述径向开口缝隙(41)由具有转动部段的搭扣件形状的金属板弯曲部(40)相对于围绕所述摆线转子外部元件(31)的环形出口室(17)覆盖。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动式摆线转子泵，其中，在面向所述摆线转子(3)的端面处，所述室壁(13a，13b)具有以有规则的或不规则的图案被引入的表面结构，其深度优选为1至2μm。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电驱动式摆线转子泵，其中，所述泵壳体(1)在内表面上具有轴向部段，所述轴向部段具有圆柱形侧表面，其与轴密封部(12)的圆柱形外周部段、所述轴(2)的支承部(21)、所述两个室壁(13a，13b)和所述摆线转子外部元件(31)中的至少一个的固定配合。
9.一种用于制造根据权利要求8所述的电驱动式摆线转子泵的方法，其具有以下步骤：
将所述轴密封部(12)、包括所述轴(2)在内的所述轴支承部(21)、第一端面室壁(13a)和所述固定摆线转子外部元件(31)按该轴向顺序压入到所述泵壳体(1)中；
其间或随后将所述轴(2)的偏心延伸部(23)推动到所述摆线转子内部元件(30)的压入支承部(32)中；
通过压入或焊接将第二端面室壁(13b)固定在所述泵壳体(1)中；
其间或随后将所述轴(2)的另一端部压入到所述电动机转子(52)中；
插入并固定所述电动机定子(51)和电动机电子器件(50)以及电动机盖(15)。
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