DE102016213611B4

DE102016213611B4 - Rotorpumpe und Anordnung zum Antrieb einer Rotorpumpe

Info

Publication number: DE102016213611B4
Application number: DE102016213611.9A
Authority: DE
Inventors: Ingrid Reh; Horst ROEGNER; Eckhardt Lübke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2036-07-26
Also published as: DE102016213611A1

Abstract

Anordnung zum Antrieb einer Rotorpumpe (1) durch eine als Hohlwelle (2) ausgebildete Antriebswelle (2), wobei die Rotorpumpe (1) ein Pumpengehäuse (8, 9), einen eine Außenverzahnung aufweisenden Rotor (5), einen eine Innenverzahnung aufweisenden Außenring (6), der koaxial zur Drehachse (2a) der Hohlwelle (2) angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle (2) verbunden ist, eine Saugkammer (10) und eine Druckkammer (11) umfasst, wobei die Drehachsen (5a, 2a) des Rotors (5) und des Außenringes (6) versetzt zueinander angeordnet sind und die Innenverzahnung mit der Außenverzahnung in Eingriff steht, wobei die Rotorpumpe (1) über den Außenring (6) antreibbar ist, wobei die Rotorpumpe (1) zumindest teilweise in der Hohlwelle (2) aufgenommen ist, wobei das Pumpengehäuse einen ersten oder inneren Pumpendeckel (8) und einen zweiten oder äußeren Pumpendeckel (9) aufweist, die beiderseits von Rotor (5) und Außenring (6) angeordnet sind, wobei im äußeren Pumpendeckel (9) die Saug- und Druckkammern (10, 11) und im inneren Pumpendeckel (8) Kompensationskammern (12, 13) oder im äußeren Pumpendeckel (9) die Kompensationskammern (12, 13) und im inneren Pumpendeckel (8) die Saug- und Druckkammern (10, 11) angeordnet sind, und wobei der innere Pumpendeckel (8) über ein auf seinem Außenumfang angeordnetes Lager (14) innerhalb der Hohlwelle (2) drehbar gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Antrieb einer Rotorpumpe.
Rotorpumpen sind insbesondere als Zahnradpumpen mit Innenverzahnung bekannt und dienen vorzugsweise der Ölversorgung von Automatikgetrieben für Kraftfahrzeuge. Eine bekannte Ausführungsform stellt die Gerotorpumpe dar, welche eine Verdrängerpumpe ist und im Wesentlichen einen Innen- und Außenrotor, eine Pumpenwelle sowie ein Gehäuse umfasst. Der Innenrotor weist eine Außenverzahnung auf, und der Außenrotor, auch Außenring oder Hohlrad genannt, weist eine Innenverzahnung auf, welche mit der Außenverzahnung des Innenrotors in Eingriff steht. Die Verzahnung weist eine kreisbogen- oder trochoidenförmige Kontur auf. Die Drehachsen von Innenrotor und Außenrotor sind exzentrisch angeordnet und um den Betrag einer halben Zahnhöhe gegeneinander versetzt. Die Zähnezahl der Innenverzahnung ist um 1 größer als die Zähnezahl der Außenverzahnung. Der Außenrotor bzw. Außenring ist drehbar im Pumpengehäuse gelagert. Saug- und Druckanschlüsse befinden sich seitlich der Rotoren im Pumpengehäuse. Der Antrieb der bekannten Gerotorpumpe erfolgt durch den außenverzahnten Innenrotor, der auf einer Pumpenwelle angeordnet ist und den Außenrotor mitnimmt.
Durch die DE 103 38 212 A1 der Anmelderin wurde eine als Gerotorpumpe ausgebildete Rotorpumpe bekannt.
Eine weitere Ausführungsform einer Zahnradpumpe mit Innenverzahnung ist die Hohlradpumpe mit Sichel, auch Mondsichelpumpe genannt. Dabei ist zwischen der Außenverzahnung des Innenrotors und der Innenverzahnung des Außenrotors ein sichelförmiges Segment, auch Mondsichel oder kurz Sichel genannt, angeordnet. Die Sichel bildet mit den Kopfkreisen beider Rotoren die Abdichtung des Saugraums vom Druckraum.
Durch die DE 10 2010 021 894 A1 der Anmelderin wurde eine Anordnung zum Antrieb einer Rotorpumpe zur Ölförderung in einem Getriebe bekannt. Die als Rotorpumpe ausgebildete Ölpumpe ist koaxial und stirnseitig zu einer als Hohlwelle ausgebildeten Getriebewelle angeordnet und weist eine Pumpenwelle auf, auf welcher ein Innenrotor drehfest angeordnet ist, welcher mit einem Außenrotor in Eingriff steht. Die Pumpenwelle ist über eine Kupplung mit der Hohlwelle drehfest verbunden. Bei der bekannten Ölpumpe wird also der Innenrotor über die Pumpenwelle von der Getriebewelle angetrieben.
Die WO 2006/134 337 A1 offenbart eine Rotorpumpe mit einem Pumpengehäuse, bestehend aus zwei Gehäusedeckeln, wobei der Außenring und die Rotorelemente axial zwischen den beiden Gehäusedeckeln angeordnet ist. Ferner ist eine Hohlwelle vorgesehen, an der eine Innenverzahnung ausgebildet ist. Zudem weist die Rotorpumpe zwei Innenrotoren mit Außenverzahnungen auf, die zwischen zwei Pumpendeckeln angeordnet sind.
Weitere gattungsgemäße Rotorpumpen sind aus DE 103 38 212 A1 , DE 10 2010 021 894 A1 , GB 2 020 361 A , US 5 395 217 A , EP 0 467 571 A1 , WO 98/ 21 479 A1 , GB 404 424 A , GB 370 474 A , US 1 486 836 A und GB 2 100 354 A bekannt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Anordnung zum Antrieb der Rotorpumpe durch eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle bereitzustellen, die insbesondere kompakt ausgeführt ist.
Die Erfindung umfasst die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist bei einer Anordnung zum Antrieb mit einer Rotorpumpe mit einem Innen- und einem Außenrotor vorgesehen, dass die Pumpe über den Außenrotor, auch Außenring genannt, antreibbar ist. Aus dieser erfindungsgemäßen Antriebsvariante ergeben sich Bauraumvorteile und neue Einbaumöglichkeiten für die Rotorpumpe.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorpumpe als Gerotorpumpe, also als Zahnradpumpe mit Innenverzahnung, ausgebildet. Die Gerotorpumpe, wie eingangs beschrieben, zeichnet sich durch eine in radialer Richtung besonders kompakte Bauweise aus.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorpumpe als Mondsichelpumpe ausgebildet, wie eingangs beschrieben. Die Mondsichelpumpe, ebenfalls als Zahnradpumpe mit Innenverzahnung ausgebildet, weist einen ähnlichen Aufbau wie die Gerotorpumpe auf, allerdings mit dem Unterschied der Mondsichel, welche zwischen Innen- und Außenverzahnung angeordnet ist. Auch die Mondsichelpumpe baut in radialer Richtung sehr kompakt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Rotorpumpe als Pendelschieberpumpe ausgebildet.
Erfindungsgemäß weist das Pumpengehäuse zwei Gehäuseteile auf, nämlich einen ersten oder inneren Pumpendeckel sowie einen zweiten oder äußeren Pumpendeckel, welche beiderseits des Rotors und des Außenringes angeordnet sind und Saug- und Druckkammern sowie Kompensationsräume aufnehmen. Letztere dienen dem Ausgleich von Axialkräften, hervorgerufen durch Druckunterschiede des Fördermediums.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Rotor, auch Innenrotor genannt, auf einer Rotorachse drehbar gelagert. Die Rotorachse überträgt also - im Gegensatz zur bekannten Pumpenwelle - kein Antriebsdrehmoment, sondern nimmt lediglich die radial gerichteten Lagerkräfte des Innenrotors und ein Lagerreibungsmoment auf. Die Rotorachse wird daher auch als Achsbolzen bezeichnet.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Enden der Rotorachse einerseits in dem ersten und andererseits in dem zweiten Pumpendeckel fest aufgenommen, d. h. beiderseits eingespannt und in ihrer Winkelposition zueinander verdrehsicher positioniert. Daraus resultieren eine stabile Lagerung des Rotors sowie eine korrekte Ausrichtung der sich gegenüberliegenden Kammern in den Pumpendeckeln.
Erfindungsgemäß ist bei einer Anordnung zum Antrieb einer Rotorpumpe vorgesehen, dass die Rotorpumpe zumindest teilweise in einer als Antriebswelle fungierenden Hohlwelle aufgenommen ist. Die Rotorpumpe kann somit bauraumneutral verbaut und angetrieben werden, da sie in dem vorhandenen Hohlraum der Hohlwelle untergebracht werden kann.
Erfindungsgemäß ist der Außenring der Rotorpumpe koaxial zur Drehachse der Hohlwelle angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle verbunden. Damit erfolgt der Antrieb der Rotorpumpe direkt von der Hohlwelle auf den Außenring, welcher - aufgrund des Zahneingriffes - den Rotor, auch Innenrotor genannt, mitnimmt. Da eine Lagerreibung des Außenringes entfällt, verringert sich der Reibradius der Rotorpumpe, und die Reibungsverluste werden reduziert. Damit werden neben Bauraumoptimierungen auch Wirkungsgradverbesserungen erreicht.
Erfindungsgemäß ist der erste oder innere Pumpendeckel drehbar innerhalb der Hohlwelle angeordnet. Der innere Pumpendeckel dient auch als Lagerung für den Innenrotor und ist daher erfindungsgemäß über ein Lager auf seinem Außenumfang gegenüber der Hohlwelle abgestützt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind Innen- und Außenrotor innerhalb der Hohlwelle angeordnet, d.h. der überwiegende Teil der Rotorpumpe „verschwindet“ innerhalb der Hohlwelle. Der Bauraumvorteil ist hier offensichtlich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hohlwelle, welche vorzugsweise als Getriebewelle ausgebildet ist, gegenüber einem Getriebegehäuse gelagert, vorzugsweise durch ein Wälzlager. Damit ist auch die Rotorpumpe über die Hohlwelle gegenüber dem Getriebegehäuse abgestützt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite oder äußere Pumpendeckel an das Gehäuse angeflanscht; der äußere Pumpendeckel schließt einerseits die Rotorpumpe und andererseits auch den Innenraum des Getriebegehäuses, insbesondere das Lager der Hohlwelle nach außen ab und übt somit eine Dichtfunktion aus. Darüber hinaus sind die Saug- und Druckanschlüsse, welche sich in dem äußeren Pumpendeckel befinden, von außen zugänglich.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der äußere Pumpendeckel einen Lagerbund auf, welcher stirnseitig mit der Hohlwelle gefügt und aufgrund der Relativdrehzahl zwischen Hohlwelle und äußerem Pumpendeckel in Drehrichtung gleitend innerhalb der Hohlwelle angeordnet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
Die einzige Figur zeigt eine Anordnung zum Antrieb einer als Gerotorpumpe 1 ausgebildeten Rotorpumpe 1, welche von einer Hohlwelle 2 teilweise aufgenommen und von der Hohlwelle 2 antreibbar ist. Die als Antriebswelle für die Rotorpumpe 1 fungierende Hohlwelle 2 ist als Getriebewelle ausgebildet und über ein stirnseitig angeordnetes Wälzlager 3 gegenüber einem Getriebegehäuse 4 gelagert. Die Rotorpumpe 1 umfasst einen Rotor 5, auch Innenrotor 5 genannt, einen Außenring 6, auch Außenrotor 6 genannt, eine Rotorachse 7 sowie ein Pumpengehäuse, welches durch einen ersten oder inneren Pumpendeckel 8 und einen zweiten oder äußeren Pumpendeckel 9 gebildet wird. Unter Rotorachse 7 ist ein Achsbolzen 7 zu verstehen, auf dem der Rotor 5 gelagert ist. Der Rotor 5 weist eine nicht dargestellte Außenverzahnung, und der Außenring 6 weist eine nicht dargestellte Innenverzahnung auf, welche in die Außenverzahnung eingreift, wobei die Zähnezahl der Innenverzahnung vorzugsweise um 1 größer als die Zähnezahl der Außenverzahnung ist. Die Drehachse der Hohlwelle 2 ist mit 2a bezeichnet und entspricht der Drehachse des Außenringes 6, welcher koaxial zur Hohlwellenachse 2a angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle 2 verbunden ist. Die Verbindung zwischen Außenring 6 und Hohlwelle 2 ist in der Zeichnung nicht dargestellt, sie kann als formschlüssige Verbindung, z.B. als Mitnahmeverzahnung ausgebildet sein. Die Drehachse des Rotors 5 ist mit 5a bezeichnet, sie entspricht der Längsachse des Achsbolzens 7. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Drehachse 2a der Hohlwelle 2 und die Drehachse 5a des Rotors 5 um den Betrag einer Exzentrizität e gegeneinander versetzt, wobei der Betrag e einer halben Zahnhöhe der Verzahnung entspricht. Die Enden der Rotorachse 7, auf welcher der Rotor 5 drehbar gelagert ist, sind fest in den beiden Pumpendeckeln 8, 9 aufgenommen, wodurch die Pumpendeckel 8, 9 relativ zueinander fixiert sind.
In dem zweiten oder äußeren Pumpendeckel 9 sind eine Saugkammer 10 sowie eine Druckkammer 11 seitlich des Rotors 5 angeordnet. Zum Ausgleich von Axialkräften sind, in axialer Richtung gegenüberliegend, ein erster Kompensationsraum 12 sowie ein zweiter Kompensationsraum 13 im ersten oder inneren Pumpendeckel 8 angeordnet. Aufgrund der beidseitigen Einspannung des Achsbolzens 7 sind der erste und der zweite Pumpendeckel 8, 9 nicht gegeneinander verdrehbar, so dass der Saug- und Druckkammer 10, 11 einerseits jeweils eine Kompensationskammer 12, 13 gegenüberliegt. Der zweite oder äußere Pumpendeckel 9 weist einen äu-ßeren Flanschbereich 9a auf, über welchen der äußere Pumpendeckel 9 mit dem Getriebegehäuse 4 fest verbunden und abgedichtet ist. Der äußere Pumpendeckel 9 weist ferner einen Lagerbund 9b auf, welcher in die Hohlwelle 2 hineinragt und mit dieser in Drehrichtung gleitend gefügt ist. Aufgrund der Relativdrehzahl zwischen Hohlwelle 2 und feststehendem ersten oder inneren Pumpendeckel 8 ist umfangsseitig eine Gleitpaarung 14 vorgesehen.
Die beschriebene und dargestellte Rotorpumpe 1 ist - wie erwähnt - als Gerotorpumpe 1 ausgebildet, bei welcher - im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik - der Antrieb über den Außenring bzw. Außenrotor 6 erfolgt. Aufgrund des Zahneingriffes nimmt der Außenrotor 6 den Innenrotor 5 mit, wodurch die bekannte Förderwirkung durch Ansaugen und Verdrängen erzielt wird.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der überwiegende Teil des Bauraumes der Rotorpumpe 1, d.h. der innere Pumpendeckel 8, der Innenrotor 5, der Außenrotor 6 sowie der Achsbolzen 7 innerhalb der Hohlwelle 2 untergebracht. Ein zusätzlicher Bauraum wird somit lediglich durch den relativ flach gestalteten zweiten oder äußeren Pumpendeckel 9 beansprucht.
Die Rotorpumpe 1 kann alternativ zu der dargestellten Ausführung als Gerotorpumpe auch als Mondsichelpumpe ausgeführt werden, d. h. als Zahnradpumpe mit Innenverzahnung, welche ebenfalls - wie eingangs ausgeführt - über einen Außenrotor verfügt, welcher erfindungsgemäß antreibbar ist und aufgrund seines Zahneingriffes mit dem Innenrotor denselben mitnimmt.
Weiterhin kann die Pumpe auch als Pendelschieberpumpe ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste

1: Rotorpumpe/Gerotorpumpe
2: Hohlwelle/Antriebswelle
2a: Drehachse
3: Wälzlager
4: Getriebegehäuse/Gehäuse
5: Rotor/Innenrotor
5a: Drehachse
6: Außenring/Außenrotor
7: Rotorachse/Achsbolzen
8: erster oder innerer Pumpendeckel
9: zweiter oder äußerer Pumpendeckel
9a: Flansch
9b: Lagerbund
10: Saugkammer
11: Druckkammer
12: erster Kompensationsraum
13: zweiter Kompensationsraum
14: Gleitpaarung
e: Exzentrizität

Claims

Anordnung zum Antrieb einer Rotorpumpe (1) durch eine als Hohlwelle (2) ausgebildete Antriebswelle (2), wobei die Rotorpumpe (1) ein Pumpengehäuse (8, 9), einen eine Außenverzahnung aufweisenden Rotor (5), einen eine Innenverzahnung aufweisenden Außenring (6), der koaxial zur Drehachse (2a) der Hohlwelle (2) angeordnet und drehfest mit der Hohlwelle (2) verbunden ist, eine Saugkammer (10) und eine Druckkammer (11) umfasst, wobei die Drehachsen (5a, 2a) des Rotors (5) und des Außenringes (6) versetzt zueinander angeordnet sind und die Innenverzahnung mit der Außenverzahnung in Eingriff steht, wobei die Rotorpumpe (1) über den Außenring (6) antreibbar ist, wobei die Rotorpumpe (1) zumindest teilweise in der Hohlwelle (2) aufgenommen ist, wobei das Pumpengehäuse einen ersten oder inneren Pumpendeckel (8) und einen zweiten oder äußeren Pumpendeckel (9) aufweist, die beiderseits von Rotor (5) und Außenring (6) angeordnet sind, wobei im äußeren Pumpendeckel (9) die Saug- und Druckkammern (10, 11) und im inneren Pumpendeckel (8) Kompensationskammern (12, 13) oder im äußeren Pumpendeckel (9) die Kompensationskammern (12, 13) und im inneren Pumpendeckel (8) die Saug- und Druckkammern (10, 11) angeordnet sind, und wobei der innere Pumpendeckel (8) über ein auf seinem Außenumfang angeordnetes Lager (14) innerhalb der Hohlwelle (2) drehbar gelagert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpumpe als Gerotorpumpe (1) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpumpe als Mondsichelpumpe ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorpumpe als Pendelschieberpumpe ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (5) auf einer Rotorachse (7) drehbar gelagert ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Rotorachse (7) in dem inneren und dem äußeren Pumpendeckel (8, 9) abgestützt und drehfest fixiert sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (6) und der Rotor (5) innerhalb der Hohlwelle (2) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (2) stirnseitig in einem Gehäuse (4) gelagert ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Pumpendeckel (9) an das Gehäuse (4) angeflanscht ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Pumpendeckel (9) einen Lagerbund (9b) aufweist, welcher stirnseitig und drehbar mit der Hohlwelle (2) gefügt ist.