DE10005226A1

DE10005226A1 - Roller-fitted cellular pump for vehicle engines specifies acute angle between groove flanks trailing and leading roller so roller lies between rotor axis and angle apex.

Info

Publication number: DE10005226A1
Application number: DE2000105226
Authority: DE
Inventors: Wilfried Leutner
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2000-02-05
Filing date: 2000-02-05
Publication date: 2001-08-09

Abstract

At the interface between the groove (2) flank (n) trailing the roller (3a) projecting from the groove (2) the leading flank (V) of the groove (2) forms an acute angle with the trailing flank (N). The apex of this angle lies outside the rotor (1) so the roller (3) necessarily lies between apex and rotor axis (A). In operation, the roller (3a) projects more than 50% from the groove where the rotor is furthest (WS) from the roller trackway (4). First (B1) and second (B2) contact lines lie spaced by at least one quarter of the roller circumference on the roller casing (M). Where the trailing flank (N) contacts the roller projecting from the groove, this flanks forms an acute angle with a plane (ES) through rotor and roller axes so the roller lies between apex and rotor axis.

Description

State of the art

Die Erfindung geht von der Gattung aus, wie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben.The invention is based on the genus, as in independent claim 1 specified.

Der prinzipiellen Aufbau einer Rollenzellenpumpe ergibt sich aus Fig. 1, die einen schematischen Querschnitt darstellt. Wie in der DE 28 35 457 C2 detalliert beschrieben, enthält ein Rotor 1 (Läuferscheibe oder Nutscheibe) über seinen Umfang verteilt Nuten 2, in denen Rollen 3 geführt sind. Diese liegen an einer Rollenlaufbahn 4 an, welche die Innenwand des nicht dargestellten Stators bildet. Der Rotor 1 ist im wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet und die Rollenlaufbahn 4 kreishohlzylindrisch. Dabei sind die Mittelachsen der Zylinder um einen vorgegebenen Abstand exzentrisch versetzt, so dass sich sichelförmige Pumpenarbeitsräume ergeben, die bei einer Rotordrehbewegung um den Umfang des Systems wandern und angesaugte Flüssigkeit einer äußeren und - über das Spiel zwischen Rolle und Aufnahmeelement - einer inneren Drucknut zuführen, wenn sich der Rotor in Pfeilrichtung dreht. Die Drucknuten befinden sich in den Stirnwänden, die nicht dargestellt sind. Aufgrund der Exzentrizität ergibt sich ein weitester Spalt WS zwischen der Rollenlaufbahn 4 und der Mantelfläche des Rotors 1 sowie ein engster Spalt ES, die bei der Drehung des angetriebenen Rotors jeweils periodisch von den Rollen 3 durchlaufen werden. The basic structure of a roller cell pump results from Fig. 1, which shows a schematic cross section. As described in detail in DE 28 35 457 C2, a rotor 1 (rotor disk or grooved disk) contains grooves 2 distributed over its circumference, in which rollers 3 are guided. These rest on a roller track 4 , which forms the inner wall of the stator, not shown. The rotor 1 is essentially circular cylindrical and the roller track 4 is circular hollow cylindrical. The central axes of the cylinders are offset eccentrically by a predetermined distance, so that crescent-shaped pump work spaces result which move around the circumference of the system when the rotor rotates and feed sucked-in liquid to an outer and - via the play between the roller and the receiving element - an inner pressure groove when the rotor turns in the direction of the arrow. The pressure grooves are in the end walls, which are not shown. Because of the eccentricity, there is a widest gap WS between the roller raceway 4 and the outer surface of the rotor 1 and a narrowest gap ES, which the rollers 3 periodically pass through when the driven rotor rotates.

Weitere Einzelheiten und eine detaillierte Funktionsbeschreibung finden sich in der DE 28 35 457 C2. Besonders hervorzuheben ist, dass die Rollen 3 in jeder Arbeitsphase längs einer achsparallelen Berührungslinie B1 die Rollenlaufbahn 4 abdichtend berühren. Hingegen wird die nacheilende Flanke N und die vorauseilende Flanke V der Nuten 2 nicht immer von den Rollen berührt. In der Nähe des weitesten Spaltes WS berührt die Rolle 3a längs einer zweiten Berührungslinie B2 die nacheilende Flanke N. Kurz vor Erreichen des engsten Spaltes ES berührt die Rolle 3b die vorauseilende Flanke V der entsprechenden Nut längs der Berührungslinie B3.Further details and a detailed functional description can be found in DE 28 35 457 C2. It should be particularly emphasized that the rollers 3 touch the roller track 4 in a sealing manner in each working phase along an axis-parallel contact line B1. In contrast, the trailing edge N and the leading edge V of the grooves 2 are not always touched by the rollers. Near the widest gap WS contacts the roller 3 a along a second contact line B2, the trailing edge N. Shortly before reaching the narrowest gap ES contacts the roller 3 b the leading edge of the respective V groove along the line of contact B3.

Aus der DE 22 49 149 A, insbesondere Fig. 2, ist es bekannt, ein Stück der vorauseilenden Flanke, das von der Rolle berührt wird, derart gegenüber einer - durch die Rotorachse A und die Rollenachse geführten - Ebene geneigt anzuordnen, dass die erste und die dritte Berührungslinie auf dem Rollenmantel weniger als ein Viertel des Rollenumfangs von einander entfernt sind. Bei der Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung würde dies zur Folge haben, dass ein durch B1 geführter Rollenradius und ein durch B3 verlaufender Rollenradius einen Winkel von weniger als 90 Grad einschließen.From DE 22 49 149 A, in particular Fig. 2, it is known to arrange a piece of the leading flank that is touched by the roller so inclined relative to a plane that is guided by the rotor axis A and the roller axis that the first and the third line of contact on the roll shell is less than a quarter of the roll circumference apart. In FIG. 1 of the present application, this would have the consequence that a roller radius passed through B1 and a roller radius running through B3 enclose an angle of less than 90 degrees.

In den jenigen Arbeitsstadien, in welchen die Rollen an jeweils zwei Berührungslinien B1 und B2 bzw. B1 und B3 aufliegen, stellt sich Reibung ein. Diese steigt mit wachsendem Arbeitsdruck. Es ist Aufgabe der Erfindung, die Reibung zu vermindern.In those working stages, in which the roles on two If there are contact lines B1 and B2 or B1 and B3, friction occurs. This increases with increasing working pressure. It is an object of the invention Reduce friction.

Advantages of the invention

Der Anmeldungsgegenstand mit den Merkmalen des Anspruches 1 hat folgenden Vorteil:The subject of the application with the features of claim 1 following advantage:

Er vermindert die für die Reibungsverluste verantwortlichen Kräfte an den Berührungslinien. Die Erfindung ist daher besonders interessant für elektrisch angetriebene, in Kraftfahrzeugen verwendete Rollenzellenpumpen mit hohen Betriebsdrücken und dementsprechend hohe Reibungskräften (wegen der begrenzten Leistung, die im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht). It reduces the forces responsible for the friction losses Lines of contact. The invention is therefore particularly interesting for electrical driven roller cell pumps used in motor vehicles with high Operating pressures and correspondingly high frictional forces (because of the limited power available in the vehicle electrical system).

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale auch, soweit sinnvoll, miteinander kombiniert werden können.Advantageous further developments are specified in the dependent claims, the characteristics of which can also be combined with one another, where appropriate.

Bemerkenswert ist insbesondere, dass man eine erhöhte Förderleistung (oder bei unveränderter Förderleistung eine Reduzierung der Baulänge) erzielen kann, wenn man im Betrieb die Rolle dort, wo der Rotor den größten Abstand von der Rollenlaufbahn hat, zu mehr als 50% aus ihrer Nut ragen lässt.It is particularly noteworthy that an increased delivery rate (or at unchanged delivery capacity can achieve a reduction in the overall length), if you operate the roller where the rotor is the greatest distance from the Roller track has protruded from their groove by more than 50%.

drawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawings and in Following explained in more detail.

Schematisch ist gezeigt inSchematic is shown in

Fig. 1: der grundsätzliche Aufbau (Radialschnitt) einer bekannten Rollenzellenpumpe, wie bereits oben beschrieben, Fig. 1: the basic structure (radial cut) as already described above of a known roller vane pump,

Fig. 2: ein vergrößerter Ausschnitt von Fig. 1, ergänzt durch Kräfteparallelogramme, FIG. 2 shows an enlarged detail of Figure 1, supplemented by Kräfteparallelogramme.

Fig. 3: ein der Fig. 2 entsprechender Ausschnitt einer Rollenzellenpumpe nach der Erfindung. FIG. 3: a section of a roller cell pump according to the invention corresponding to FIG. 2.

Im Wesentlichen gleiche Teile in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Substantially the same parts in different figures are the same Provide reference numerals.

Anhand der Fig. 1 ist bereits erläutert worden, dass die Rollen 3 in der Nähe ihrer extrem Stellungen, also in der Nähe des weitesten Spaltes WS und des engsten Spaltes ES nicht nur die Rollenlaufbahn 4, sondern auch die nacheilende Flanke N beziehungsweise die vorauseilende Flanke V berühren. Hier treten die unerwünschten Reibungskräfte auf, die den Normalkräften an den Berührungslinien B2 beziehungsweise B3 und B1 proportional sind.It has already been explained with reference to FIG. 1 that the rollers 3 in the vicinity of their extreme positions, that is to say in the vicinity of the widest gap WS and the narrowest gap ES, not only the roller track 4 but also the trailing edge N or the leading edge Touch V. This is where the undesirable friction forces occur, which are proportional to the normal forces at the contact lines B2 or B3 and B1.

In Fig. 2 sind die Kräfteverhältnisse detalliert dargestellt. Die Vektorsumme P_N der Normalkräfte P1_N und P2_N entspricht dem Produkt aus der Druckdifferenz, die auf die Fläche zwischen den Berührungslinien B1 und B2 wirkt, und dieser Fläche, die zwischen den Berührungslinien aufgespannt gedacht werden kann und in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien gezeichnet ist. Verkleinert man diese Fläche durch Verkleinerung des Winkels zwischen P1_N und P2_N, so reduziert sich auch die Vektorsumme P_N. Zugleich wird das Kräftedreieck aus den Normalkräften P1_N und P2_N stumpfwinkliger, wodurch sich bei gleichbleibenden Druckverhältnissen, also gleichbleibender Vektorsumme P_N die Normalkräfte P1_N und P2_N und damit die Reibung zusätzlich reduzieren.In FIG. 2, the force ratios are shown detalliert. The vector sum P _{N of} the normal forces P1 _N and P2 _N corresponds to the product of the pressure difference which acts on the area between the contact lines B1 and B2 and this area which can be thought of as being stretched between the contact lines and in Fig. 2 with broken lines is drawn. If you reduce this area by reducing the angle between P1 _N and P2 _N , the vector sum P _N is also reduced. At the same time, the triangle of forces from the normal forces P1 _N and P2 _N becomes obtuse-angled, as a result of which the normal forces P1 _N and P2 _N and thus the friction are further reduced with constant pressure conditions, that is to say constant vector sum P _N.

Entsprechendes gilt für die vorauseilende Flanke V und die dortige Vektorsumme P_V, die sich aus den Normalkräften P1_V und P3_V zusammensetzt.The same applies to the leading edge V and the vector sum P _{V there} , which is composed of the normal forces P1 _V and P3 _V.

Während beim Stand der Technik nach den Fig. 1 und 2 die Flanken N und V der Nuten 2 parallel zueinander verlaufen, ist dies bei dem Beispiel für die erfindungsgemäße Lösung nach Fig. 3 anders. Fig. 3 unterscheidet sich auch dadurch von Fig. 2, dass die vorauseilende Flanke V nicht parallel zu einer Ebene E_N beziehungsweise E_V verläuft, die jeweils sowohl durch die Rotorachse A als auch durch eine Rollenachse verläuft. Allerdings ist der gegenüber der Ebene E_V beziehungsweise E_N geneigte Verlauf der vorauseilenden Flanke V bekannt. Fig. 3 zeigt in ihrem unteren Teil die Vorzüge dieses Verlaufes: Der auf dem Rollenmantel M gemessene Abstand zwischen den Berührungslinien B1 und B3 ist auf weniger als ein Viertel des Rollenumfanges reduziert. Damit ist auch die punktierte Fläche zwischen den Berührungslinien B1 und B3 reduziert, auf welche die Druckdifferenz zwischen dem höheren Druck oberhalb dieser Fläche und dem geringeren Druck unterhalb dieser Fläche wirkt. Davon ausgehend, dass diese Druckdifferenz ebenso groß ist, wie in Fig. 2, ergibt sich aufgrund der reduzierten Fläche eine gegenüber P_V (Fig. 2) reduzierte Kraft P (Fig. 3). P ist etwa 15% kleiner als P_V. Da zudem dass Kräftedreieck in Fig. 3 stumpfwinkliger ist als in Fig. 2, ergibt sich für die Kraftkomponenten P1 und P3 eine zusätzliche Verringerung gegenüber P1_V und P3_V in Fig. 2. Insgesamt sind die Normalkräfte P1 und P3 auf die Berührungslinien B1 und B3 etwa auf 75% gegenüber den Verhältnissen in Fig. 2 reduziert, so dass auch die senkrecht zu diesen Normalkräften auftretenden Reibungskräfte entsprechend reduziert sind.While the edges N and V of the grooves 2 run parallel to one another in the prior art according to FIGS. 1 and 2, this is different in the example for the solution according to the invention according to FIG. 3. FIG. 3 also differs from FIG. 2 in that the leading flank V does not run parallel to a plane E _N or E _V , which runs both through the rotor axis A and through a roller axis. However, the course of the leading edge V which is inclined with respect to the plane E _V or E _{N is} known. Fig. 3 shows in its lower part, the advantages of this path: The measured on the roller shell M distance between the contact lines B1 and B3 of the roller circumference is reduced to less than a quarter. This also reduces the dotted area between the contact lines B1 and B3, to which the pressure difference between the higher pressure above this area and the lower pressure below this area acts. Assuming that this pressure difference is just as great as in FIG. 2, the reduced area P gives a reduced force P ( FIG. 3) compared to P _V ( FIG. 2). P is about 15% smaller than P _V. In addition, since the triangle of forces in FIG. 3 is more obtuse than in FIG. 2, there is an additional reduction for the force components P1 and P3 compared to P1 _V and P3 _V in FIG. 2. Overall, the normal forces P1 and P3 on the contact lines B1 and B3 is reduced to approximately 75% compared to the conditions in FIG. 2, so that the frictional forces occurring perpendicular to these normal forces are also reduced accordingly.

Würde nun die nacheilende Flanke N wie im Stand der Technik parallel zur vorauseilenden Flanke V verlaufen, so würde sich die im oberen Teil der Fig. 3 dargestellte Berührungslinie B2' ergeben. Entsprechend würde sich zwischen den Kraftkomponenten P1_n und P2_n ein stumpfer Winkel ergeben, der zu einer solchen Vergrößerung dieser Kraftkomponenten führen würde, dass eine Erhöhung der Reibkräfte auftreten würde, welche die erwünschte Reduzierung der Reibkräfte im unteren Teil der Fig. 3 kompensieren würde.If the trailing edge N were now parallel to the leading edge V, as in the prior art, the contact line B2 'shown in the upper part of FIG. 3 would result. Accordingly, an obtuse angle would result between the force components P1 _n and P2 _n , which would lead to such an increase in these force components that an increase in the frictional forces would occur, which would compensate for the desired reduction in the frictional forces in the lower part of FIG. 3.

Deshalb wird mit der Erfindung ein anderer Weg beschrieben, der darin besteht, dass die nacheilende Flanke N und die vorauseilende Flanke V (jedenfalls in denjenigen Bereichen, wo diese Flanken durch die Rolle 3 berührt werden) nicht parallel zueinander verlaufen, sondern einen spitzen Winkel einschließen, dessen Scheitel außerhalb des Rotors 1 liegt, und zwar in Richtung der Normalkraft auf die Berührungslinie B1, also derart, dass die Rolle 3a im Bereich zwischen dem Scheitel des Winkels und der Rotorachse A liegt. Bevorzugt verläuft die nacheilende Flanke N parallel zu einer Ebene E_N, die sowohl durch die Rotorachse A als auch durch die Achse der Rolle 3a verläuft. Dann ergeben sich die im oberen Teil der Fig. 2 dargestellten Kräfteverhältnisse, während sich für die vorlaufende Flanke V die im unteren Teil der Fig. 3 dargestellten Verhältnisse ergeben.Therefore, another way is described with the invention, which consists in that the trailing edge N and the leading edge V (at least in those areas where these edges are touched by the roller 3 ) do not run parallel to each other, but enclose an acute angle whose apex is situated outside of the rotor 1, in the direction of the normal force on the contact line B1, so in such a way that the roller a is in the range between the vertex of the angle and the rotor axis A third The trailing edge N preferably runs parallel to a plane E _N , which runs both through the rotor axis A and through the axis of the roller 3 a. Then the force relationships shown in the upper part of FIG. 2 result, while for the leading flank V the relationships shown in the lower part of FIG. 3 result.

Im oberen Teil Fig. 3 ist eine weitere Verbesserung dargestellt, bei der die nacheilende Flanke N und die Ebene E_N einen spitzen Winkel einschließen, dessen Scheitel in Richtung der Komponente P1_N außerhalb des Rotors 1 liegt. Dadurch ergibt sich wieder ein stumpfwinkliges Kräftedreieck aus den Komponenten P1_n und P2_n mit der Folge, dass die zwischen B1 und B2 aufgespannte Fläche und damit die Kraft P_n reduziert ist und auch die Aufteilung der Kraft P_n auf ihre beiden Komponenten zu kleineren Komponenten führt. Je größer der Winkel zwischen N und E_N wird, desto kleiner werden die Normalkräfte P1_n und P2_n und damit die Reibung. Der gleiche Zusammenhang ergibt sich für den Winkel zwischen N und V: je größer dieser wird, desto geringer wird die Reibung.A further improvement is shown in the upper part of FIG. 3, in which the trailing edge N and the plane E _{N enclose} an acute angle, the apex of which lies outside the rotor 1 in the direction of the component P1 _N. This again results in an obtuse-angled triangle of forces from the components P1 _n and P2 _n, with the result that the area spanned between B1 and B2 and thus the force P _{n is} reduced, and also the division of the force P _n between their two components into smaller components leads. The larger the angle between N and E _N , the smaller the normal forces P1 _n and P2 _n and thus the friction. The same relationship arises for the angle between N and V: the larger this becomes, the lower the friction.

Bezüglich des Vördervolumens oder der Baulänge läßt sich ein weiterer Vorteil dadurch erziehlen, dass man dafür sorgt, dass der größte Abstand zwischen dem Rotor und der Rollenlaufbahn 4, also der weiteste Spalt WS größer gewählt wird als der halbe Rollendurchmesser. Dadurch steigt die Förderleistung oder aber die Länge des Rotors und der Rollen können verkürzt werden. Diese Maßnahme, die zur Folge hat, dass die Rollen 3 zu mehr als 50% aus ihren Nuten 2 ragen können, ist bereits aus Fig. 3 der US 3402672 bekannt und daher hier nicht näher dargestellt.With regard to the conveying volume or the overall length, a further advantage can be achieved by ensuring that the greatest distance between the rotor and the roller track 4 , that is to say the widest gap WS, is chosen to be larger than half the roller diameter. This increases the delivery rate or the length of the rotor and rollers can be shortened. This measure, which has the consequence that the rollers 3 can protrude from their grooves 2 by more than 50%, is already known from FIG. 3 of US 3402672 and is therefore not shown in more detail here.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass aus der EP 189639 A1 einander nicht parallele Nutenflanken bekannt sind. Diese schließen allerdings einen Winkel ein, dessen Scheitel nicht außerhalb des Rotors liegt; auch liegt dort die Rolle nicht im Bereich zwischen dem Scheitel und der Rotorachse.In conclusion, it should also be pointed out that from EP 189639 A1 each other not parallel groove flanks are known. However, these include one Angle whose apex is not outside the rotor; there is also the Do not roll in the area between the crown and the rotor axis.

Claims

1. roller cell pump with grooves ( 2 ) in a driven rotor ( 1 ), in each of which there is a roller ( 3 a, 3 b), which in operation along a first advancing, axially parallel contact line (B1) a roller track ( 4 ) one Touched stator,
the roller ( 3 a, 3 b) alternately protruding more or less from its groove ( 2 ) and alternately the edge (N) trailing the roller ( 3 a) or the edge (V) leading the roller ( 3 b) touches the groove ( 2 ) along a moving second line of contact (B2) or third line of contact (B3) and
wherein a piece of the leading flank (V), which is touched by the roller ( 3 b), is inclined in relation to a plane (E _V ) which leads through the rotor axis (A) and the roller axis such that the first line of contact (B1 ) and the third line of contact (B3) on the roller jacket (M) are less than a quarter of the roller circumference apart,
characterized by the following feature:
in that portion of the trailing edge (N) where this (3a) contacts the protruding out of the groove (2) roll, the trailing edge (N) includes with said piece of the leading edge (V) an acute angle, whose apex is located in such a way outside the rotor (1) that the roller (3 a, 3 b) located in the region between the apex and the rotor axis (A).

2. Roller cell pump according to claim 1, characterized in that in operation the roller ( 3 a) where the rotor ( 1 ) has the greatest distance (WS) from the roller track ( 4 ), more than 50% from its groove ( 2 ) protrudes.

3. roller cell pump according to claim 1 or 2, characterized in that the first line of contact (B1) and the second line of contact (B2) on the Roll jacket (M) at most a quarter of the roll circumference from each other are removed.

4. Roller cell pump according to one of claims 1 to 3, characterized by the following feature: in that section of the trailing flank (N) where it touches the roller ( 3 a) projecting far from the groove ( 2 ), the trailing flank closes ( N) with a plane (E _N ), which runs through the rotor axis (A) and the roller axis, an acute angle, the apex of which lies outside the rotor ( 1 ) such that the roller ( 3 a) is in the area between the apex and the rotor axis (A).