-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Gerotorpumpe von einem Gerotortyp mit feststehendem Gerotoraußenelement und mit einem Steuerspiegel, durch den auslassseitige Druckventile entfallen können.
-
Gerotorpumpen, auch Zahnradpumpen genannt, werden im Allgemeinen als Pumpen für hydraulische Anwendungen eingesetzt und sind als Ölpumpen oder Servopumpen für eine Lenkunterstützung im Fahrzeugbau weit verbreitet. Sie gelten als relativ verschleißarm, dementsprechend zuverlässig und können in bestimmten Ausführungen auch mit kompakten Abmessungen gebaut werden. Hierbei hat sich für Ausführungen mit kompakten Abmessungen ein Gerotortyp durchgesetzt, bei dem ein Außenrotor und ein exzentrisch angeordneter Innenrotor über eine Verzahnung in einem Kämmeingriff stehen und sich in gleicher Richtung drehen. Während der angetriebene Innenrotor den Außenrotor durch den Kämmeingriff mitschleppt, wird in einer umlaufenden endlosen Abfolge sichelförmiger Arbeitskammern in der Verzahnung eine Verdrängung bewirkt.
-
Im Stand der Technik sind ferner Konstruktionen eines Gerotors mit feststehendem Gerotoraußenelement bekannt. Dieser Gerotortyp weist üblicherweise einen komplexeren Aufbau auf, da aufgrund eines fehlenden Umlaufs der Arbeitskammern, für jede Arbeitskammer ein separater Austritt mit Rückschlagventil bzw. Druckventil erforderlich ist. Demnach werden derartige komplex aufgebaute Gerotorpumpen bislang in hochbelasteten hydraulischen Systemen eingesetzt.
-
Ein Beispiel für eine solche Gerotorpumpe beschreibt die
EP 0 475 109 A1 , bei der zu jeder Arbeitskammer der Innenverzahnung ein radial gerichtetes Rückschlagventil zur Außenseite des Gerotoraußenelements bereitgestellt ist. Eine Pumpenwelle ist einerseits des Gerotors durch eine Wellenlagerung und andererseits des Gerotors durch einen feststehenden Lagerzapfen, der in einen exzentrischen Wellenabschnitt innerhalb des Gerotors eingreift, gelagert.
-
Eine weitere Gerotorpumpe, die kompakter ausgestaltet und für den Einsatz als Servopumpe einer Lenkunterstützung in einem Fahrzeug ausgelegt ist, wird in der
DE 37 16 960 A1 beschrieben. Bei dieser Gerotorpumpen sind für die einzelnen Arbeitskammern der Innenverzahnung jeweils Rückschlagventile in einer axialen Richtung, d.h. parallel zur Pumpenwelle verlaufend, bereitgestellt. Die Pumpenwelle ist beiderseits des Gerotors in dem Gehäuse gelagert aufgenommen.
-
Die vorbeschriebenen Pumpen sind für einen Antrieb durch eine Verbrennungsmaschine ausgelegt und zeigen Merkmale bezüglich der Wellenlagerung und der Ventiltypen auf, die zur Standfestigkeit bei der Verdrängung unter hohen Drücken ausgelegt sind. Aufgrund des kostenintensiven Aufbaus haben sich derartige Gerotorpumpen weder in Anwendungen einer mittleren Leistungsklasse und kompakter Bauform wirtschaftlich durchgesetzt, noch in Anwendungen einer unteren Leistungsklasse und einer dementsprechenden Miniaturisierung der Bauform Einzug gehalten.
-
In einer Patentanmeldeschrift mit dem Aktenzeichen
DE 10 2016 121 240.7 , die von der gleichen Anmelderin eingereicht wurde und zum Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung noch nicht veröffentlicht ist, wird eine elektrisch angetriebene Gerotorpumpe mit einem feststehenden Gerotoraußenelement als Ölpumpe beschrieben, die bei einem Kaltstart eines Fahrzeugs, einen erheblich geringeren Reibungswiderstand und ein geringeres Losbrechmoment durch einen Wegfall des bewegten Außenrotors erzielt, da eine Drehbewegung des Außenrotors bei hoher Viskosität des Öls entfällt.
-
Auch der Aufbau dieser elektrisch angetriebenen Ölpumpe mit feststehendem Gerotoraußenelement sieht die Anordnung von Druckventilen vor, die jeder Arbeitskammer zugeordnet sind, wobei die Ventilanordnung einen hohen Anteil der Komponenten- und Montagekosten bei der Fertigung einer solchen Ölpumpe beiträgt.
-
Demnach besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine elektrische Gerotorpumpe mit feststehendem Gerotoraußenelement zu schaffen, die einen kostengünstigeren Aufbau bereitstellt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Gerotorpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die erfindungsgemäße elektrische Gerotorpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in dem exzentrischen Abschnitt der Welle, auf dem das Gerotorinnenelement in dem Gerotoraußenelement umlaufend geführt und drehbar gelagert ist, ein Steuerspiegel bereitgestellt ist, der in einem ersten Drehwinkelbereich auf einer Seite des Kämmeingriffs der Innenverzahnung des Gerotors, eine Verbindung zwischen dem Einlass und den Durchtrittskanälen herstellt, und der in einem zweiten Drehwinkelbereich auf der anderen Seite des Kämmeingriffs, eine Verbindung zwischen den Durchtrittskanälen und dem Auslass herstellt.
-
Die Erfindung sieht somit erstmals eine elektrische Gerotorpumpe mit einem feststehenden Gerotoraußenelement ohne auslassseitige Druckventile vor.
-
Der erfindungsgemäße rotierende Steuerspiegel realisiert durch eine geeignete Öffnungsstruktur eine sowohl saugseitige und als auch druckseitige Steuerung des Förderstroms, sodass Kanäle in dem Gerotorinnenelement nicht nur zur Befüllung der Arbeitskammern in dem Gerotoraußenelement genutzt werden, sondern auch der Verdrängungsausschub aus den Arbeitskammern über die gleichen Kanäle erfolgt.
-
Eine hierzu erforderliche phasenweise selektive Nutzung der Kanäle des Gerotorinnenelements wird erfindungsgemäß durch eine Öffnungsstrukur des Steuerspiegels umgesetzt, die eine abwechselnde Verbindung der Kanäle zu dem Einlass und dem Auslass der Pumpe basierend auf durchlaufenen Drehwinkelbereichen der Kanäle umschaltet.
-
Durch den Wegfall einer Vielzahl von gehäuseseitigen Druckventilen, die herkömmlicher Weise jeder feststehenden Arbeitskammer zugordnet sind, können hohe Kosten der Komponenten und für den Montageaufwand eingespart werden.
-
Darüber hinaus eignet sich der erfindungsgemäße reduzierte Aufbau ohne einer Vielzahl von Ventilen besonders zur Miniaturisierung, sodass auch kleine Ausführungen des Gerotortyps mit feststehendem Außenelement mit kleinen Abmessungen, beispielsweise 30-40 mm Gehäusedurchmesser in wirtschaftlicher Weise realisierbar sind. Durch die Miniaturisierung erschließen sich wiederum neue Integrationsmöglichkeiten und Anwendungsbereiche.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der elektrischen Gerotorpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Steuerspiegel eine dem ersten Drehwinkelbereich und dem Einlass zugeordnete Saugniere und eine dem zweiten Drehwinkelbereich und dem Auslass zugeordnete Druckniere aufweisen, die bezüglich der Außenumfangsfläche des exzentrischen Abschnitts der Welle getrennt voneinander im Wellenquerschnitt ausgenommen sind.
-
Durch eine nierenförmige Öffnungsstruktur im radial äußeren Bereich des Steuerspiegels können die steuerungsrelevanten Drehwinkelbereiche in Bezug zum Kämmeingriff definiert werden und eine durchgängige Verbindung in den Drehwinkelbereichen bereitgestellt werden. Im Vergleich zu einer Bohrung oder einer Vielzahl von Bohrungen kann ferner ein größtmöglicher und strömungsoptimierter Öffnungsquerschnitt zwischen dem Steuerspiegel und den Kanälen des Gerotorinnenelements gewährleistet werden. Durch einen Abstand zwischen den Nieren wird ein dichtungswirksamer Spalt am Außenumfang der Welle erzielt.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können ein Teil des Einlasses und ein Teil des Auslasses zentral zur Wellenachse, hintereinander angeordnet sein, und in axialer Überschneidung mit einer Umlaufbahn der Durchtrittskanäle des Gerotorinnenelements unterteilt sein; und der Steuerspiegel kann axial versetzte Durchbrüche zwischen dem Einlass und der Saugniere sowie zwischen dem Auslass und der Druckniere aufweisen.
-
Durch diesen Aufbau wird eine Ausführungsform mit axialer Durchströmung der Pumpenbaugruppe ermöglicht. Weitere fertigungstechnische Vorteile ergeben sich durch eine kombinierte Einlass- und Auslassführung mittels einer zentralen abgestuften Bohrung in der Welle und die Fixierung eines Trennelements.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Einlass in dem Pumpengehäuse durch eine Einlasskammer verlaufen, die einen Abschnitt der Außenumfangsfläche der Welle umgibt, und durch radiale Eintrittsbohrungen zu dem zentral geführten Teil des Einlasses in der Welle verlaufen.
-
Hierin besteht eine weitere Vereinfachung der Einlassführung, die mittels einer senkrecht durchgängigen Eintrittsbohrung und einer umgebenden Kammer an einem gewählten Wellenabschnitt umgesetzt werden kann. Somit kann eine Alternative zu einer Einlassführung durch das gegenüberliegende Wellenende bereitgestellt werden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können der Motorstator und der Motorrotor des elektrischen Antriebs durch ein Spaltrohr getrennt sein.
-
Durch die Abtrennung des Stators vom Rotor mittels dem Spaltrohr, wird eine alternative Ausgestaltung des elektrischen Antriebs als Nassläufer bereitgestellt. Nassläufermotoren haben im Anwendungsbereich von Pumpen den Vorteil, dass Wellendichtungen zwischen der Pumpenbaugruppe und der Antriebsbaugruppe vermieden werden können, die mit Reibungsverlusten und einer begrenzten Lebensdauer verbunden sind. Darüber hinaus kann Wärme, die an dem elektrischen Antrieb erzeugt wird, durch den Förderstrom abgeführt werden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Innenraum des Spaltrohrs, in dem der Motorrotor aufgenommen ist, mit der Einlasskammer in Verbindung stehen.
-
Ein Nassläufermotor kann vorteilhafter Weise mit der zuvor genannten Ausführungsform einer axial durchströmten Pumpenbaugruppe kombiniert werden, um das Spaltrohr in die Einlassführung zu integrieren.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Einlass zu einer Ringkammer verlaufen, die zu einer Stirnseite des Steuerspiegels geöffnet ist; und die Saugniere zu der Stirnseite des Steuerspiegels geöffnet sein, sodass sie über die Ringkammer mit dem Einlass in Verbindung steht.
-
Durch diesen Aufbau wird eine Ausführungsform mit umkehrender Strömungsrichtung zwischen Einlass und Auslass ermöglicht, sodass beide nebeneinander auf einer Vorderseite der Pumpe angeordnet werden können. Konstruktive Vorteile ergeben sich hierbei durch eine kurze Ausgestaltung der Einlassführung und den Wegfall einer antriebsseitig abzudichtenden Einlasskammer. Ferner kann die offene Ringkammer, unter geeigneter Abstimmung von Druck und Dichtungsspalten, dazu beitragen, die Reibung zwischen stirnseitigen Gleitflächen des Gerotorinnenelements und dem Pumpengehäuse zu reduzieren.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der exzentrische Abschnitt der Welle als exzentrischer Fortsatz an einem freien Ende der Welle ausgebildet sein.
-
Durch die einseitige Lagerung des Gerotors kann eine geringere axiale Abmessung der Pumpenbaugruppe erzielt werden. Zudem können durch den Wegfall eines Lagers im Vergleich zu einer beidseitigen Wellenlagerung des Gerotors Kosten eingespart werden.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Abschnitt des Pumpengehäuses, der eine Stirnseite des Gerotors zum freien Ende der Welle abschließt, als Pumpendeckel ausgebildet sein.
-
Durch diese konstruktive Maßnahme wird die Montage der Gerotorelemente sowie eine Einstellung von Spaltmaßen erleichtert.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Pumpendeckel einen Saugstutzen des Einlasses, einen Druckstutzen des Auslasses und/oder die Ringkammer aufnehmen.
-
Hierdurch wird ein fertigungstechnischer Vorteil erzielt, da komplexere Strukturen des Gehäuses auf eine Gehäusekomponente konzentriert werden, sodass diese gegebenenfalls separaten Arbeitsschritten unterzogen werden kann.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann zwischen einer Mündung eines zentral geführten Teils des Auslasses am freien Ende der Welle und dem Druckstutzen des Einlasses eine Druckhülse in dem Pumpendeckel aufgenommen sein.
-
Die Druckhülse wird durch einen Druckspalt am Pumpendeckel gegen die Welle gedrückt. Somit wird eine hydraulische Drehdurchführung hergestellt, die eine Abdichtung der Auslassführung zwischen den stirnseitigen Gleitflächen der rotierenden Welle und dem Pumpendeckel verbessert.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Welle zwischen dem exzentrischen Abschnitt der Welle und einem axialen Wellenabschnitt des Motorrotors ein Wellenabschnitt ausgebildet sein, dessen Durchmesser größer als die angrenzenden Durchmesser ist.
-
Durch einen solchen Wellenbund kann die verbleibende Wandstärke der Welle zur innenliegenden Einlassbohrung erhöht werden. Ferner kann der Verbindungsquerschnitt zum exzentrischen Wellenfortsatz maximiert werden. Beide Aspekte tragen zur höheren Festigkeit der Welle bei.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können Stirnseiten des Gerotorinnenelements und/oder Begrenzungsflächen des Pumpengehäuses, die dem Gerotor zugewandt sind, eine unregelmäßige oder mit regelmäßigem Muster eingebrachte Oberflächenstruktur mit einer Tiefe von vorzugsweise 1 bis 2 µm aufweisen.
-
Durch das Einbringen einer Mikrostruktur in Oberflächen mittels elektrochemischer Behandlung oder Lasereinstrahlung, werden die tribologischen Eigenschaften und somit die Effizienz verbessert. Die Mikrostrukturierung bewirkt eine verbesserte Anlagerung von langkettigen Ölmoleküle an der Materialoberfläche und sorgt für eine bessere Anhaftung eines verbleibenden Schmierfilms zwischen den Gleitflächen unter Druckspitzen, wie sie beispielsweise verstärkt unter einwirkenden Querkräften auf das Gerotorinnenelement partiell entstehen. Diese Wirkungsweise wird durch verschiedene Fördermedien begünstigt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht durch die axiale Mitte eines Gerotors mit Draufsicht auf einen Steuerspiegel einer ersten Ausführungsform, wobei der umlaufende Kämmeingriff nach unten gerichtet ist;
- 2 eine Längsschnittansicht durch die Gerotorpumpe der ersten Ausführungsform, wobei der umlaufende Kämmeingriff nach unten gerichtet ist;
- 3 eine Längsschnittansicht durch die Pumpenbaugruppe der ersten Ausführungsform, wobei der Kämmeingriff auf halber Höhe der Umlaufbahn waagerecht ausgerichtet ist;
- 4 eine Querschnittsansicht durch einen vorderen axialen Abschnitt des Gerotors mit Draufsicht auf einen Steuerspiegel der ersten Ausführungsform, wobei der umlaufende Kämmeingriff nach unten gerichtet ist;
- 5 eine perspektivische Draufsicht auf den exzentrischen Fortsatz am freien Ende der Welle, an dem die Öffnungsstruktur eines Steuerspiegels der ersten Ausführungsform ersichtlich ist;
- 6 eine Längsschnittansicht durch die Pumpenbaugruppe einer zweiten Ausführungsform, wobei der Kämmeingriff auf halber Höhe der Umlaufbahn waagerecht ausgerichtet ist; und
- 7 eine Querschnittsansicht durch die axiale Mitte des Gerotors mit Draufsicht auf einen Steuerspiegel der zweiten Ausführungsform, wobei der umlaufende Kämmeingriff nach unten gerichtet ist.
-
Nachstehend werden ein beispielgebender Aufbau einer ersten Ausführungsform der Gerotorpumpe und eine Funktionsweise mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben.
-
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die Gerotorpumpe ein Pumpengehäuse 1 mit nebeneinander angeordneten Gehäuseabschnitten, durch die sich eine Welle 2 erstreckt. In einem mittleren Abschnitt des Pumpengehäuses 1 mit großem Durchmesser, ist eine Baugruppe des elektrischen Antriebs 4 mit einer Motorelektronik 40, einem Motorstator 41 und einem Motorrotor 42 sowie eine Wellenlagerung 21 aufgenommen. In einem rechts abgebildeten Abschnitt des Pumpengehäuses 1 mit kleinem Durchmesser, ist eine Pumpenbaugruppe mit einem Gerotor 3 in einer Pumpenkammer aufgenommen.
-
Der elektrische Antrieb 4 wird durch einen bürstenlosen Gleichstrommotor gebildet. Der Motorstator 41 weist Feldspulen auf, die den Motorrotor 42 umgeben, und er ist in dem Pumpengehäuse 1 fixiert. Der Motorrotor 42 weist über den Umfang angeordnete permanentmagnetische Elemente auf. In einem links abgebildeten Abschnitt des Pumpengehäuses 1, ist die Motorelektronik 40 mit einer Schaltungsplatine, einer Leistungselektronik mit Leistungszufuhranschlüssen und einer Pumpen-ECU angeordnet. Das offene Ende dieses Gehäuseabschnitts ist durch einen Motordeckel 14 abgeschlossen.
-
Zwischen dem Motorrotor 41 und dem Gerotor 3 ist ein Wellenbund 22 mit größerem Durchmesser angeordnet, an den sich zum freien Ende der Welle 2 ein exzentrischer Wellenfortsatz 23 anschließt, der zur Wellenachse versetzt ist und einen kleineren Durchmesser als der Wellenbund 22 aufweist. Der exzentrische Wellenfortsatz 23 treibt den Gerotor 3 an.
-
Wie in 3 gezeigt, ist an dem exzentrischen Wellenfortsatz 23 entlang der Wellenachse eine zentrale Bohrung eingebracht, die bis zu einer axialen Mitte des Gerotorinnenelements 30 funktional als Auslassbohrung 72 dient. Daran schließt sich ebenfalls entlang der Wellenachse ein Bohrungsabschnitt an, der funktional als Einlassbohrung 52 dient. Die beiden Bohrungsabschnitte weisen durch geringfügig unterschiedliche Durchmesser eine Radialstufe auf. Bis zur Schulter der Radialstufe ist eine Scheibe als Trennelement bzw. Trennkulisse eingepresst, welche die Einlassbohrung 52 und die Auslassbohrung 72 voneinander abtrennt. Ein solches Trennelement kann ebenso durch ein Gewinde, einen Hinterschnitt oder dergleichen fixiert sein.
-
Fluchtend zu der Mündung der Auslassbohrung 72 am Wellenende an einer Innenseite des Pumpendeckels 11 ist eine Druckhülse 17 angeordnet, die in einer zylindrischen Ausnehmung gleitend drehbar in dem Pumpendeckel 11 aufgenommen ist. Die Druckhülse 17 wird durch einen Druckspalt seitens des Pumpendeckels 11 mittels des Förderdrucks gegen die Welle 2 gedrückt, sodass eine Drehdurchführung mit einer Abdichtung geschaffen wird. Um diese Ausnehmung der Druckhülse 17 ist ein Druckstutzen des Pumpenauslasses 7 an dem Pumpendeckel 11 ausgebildet.
-
Die Einlassbohrung 52 verzweigt sich innerhalb einem zur Antriebsseite axial einwärts gerichteten Abschnitt des Wellenbundes 22 in zwei radiale Eintrittsöffnungen, die durch eine senkrechte Bohrung durch die Wellenachse am Beginn der Einlassbohrung 52 eingebracht sind. Um eine Rotationsebene der Eintrittsbohrungen herum ist eine Eintrittskammer 50 angeordnet, in welcher der angesaugte Förderstrom von dem Pumpeneinlasses 5 gesammelt und in die Welle 2 geführt wird. Die Einlasskammer 50 ist zwischen der Gehäusewand des Pumpengehäuses 1, die den Gerotor 3 eingrenzt, und dem elektrischen Antrieb 4 ausgebildet.
-
Der elektrische Antrieb 4 kann als Trockenläufermotor ausgeführt sein, wobei die Eintrittskammer 50 antriebsseitig durch ein Motorgehäuse oder einer Gehäusewand des Pumpengehäuses 1 abgegrenzt und mit einer Wellendichtung abgedichtet ist. Der elektrische Antrieb 4 kann jedoch ebenso als Nassläufermotor ausgeführt sein, wobei der Motorstator 41 und der Motorrotor 42 durch ein Spaltrohr abgegrenzt sind. Somit sind die Feldspulen des Motorstators 41 zwischen dem Pumpengehäuse 1 und einem Spaltrohr gegen das Fördermedium abgedichtet. In einer Ausführung als Nassläufermotor steht die Eintrittskammer 50 mit einem Spaltrohr in Verbindung, sodass der Motorrotor 42 und die Welle 2 in dem Fördermedium rotieren. Auf der gegenüberliegenden Seite des Motorrotors 42 ist ein Spaltrohr durch eine weitere Gehäusewand, in der die Wellenlagerung 21 aufgenommen ist, axial abgeschlossen.
-
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Gerotor 3 ein Gerotoraußenelement 31 und ein Gerotorinnenelement 30. Das Gerotoraußenelement 31 weist eine zu dem Pumpengehäuse 1 feststehende Innenverzahnung 33a auf und ist mittels Schraubverbindungen an einem Flanschabschnitt des Pumpengehäuse 1 fixiert. Das Gerotoraußenelement 31 weist eine Außenverzahnung 33b auf und ist durch eine Gleitlagerung zwischen einer Innenumfangsfläche 32 des Gerotorinnenelements 30 und dem Umfang des exzentrischen Wellenfortsatzes 23 drehbar gelagert. Das Gerotorinnenelement 30 wird bei einer Umdrehung der Welle 2 im Uhrzeigersinn durch den exzentrischen Versatz des Wellenfortsatzes 23 zu der Wellenachse auf einer Kreisbahn innerhalb des feststehenden Gerotoraußenelements 31 umlaufend geführt. Dabei stehen das Gerotorinnenelement 30 und das Gerotoraußenelement 31 in einem für Gerotortypen charakteristischen Kämmeingriff.
-
Wie in 2 dargestellt ist, wird der Gerotor 3 durch eine Wand des Pumpengehäuses 1, die den Gehäuseabschnitt des elektrischen Antriebs abtrennt, und durch einen Pumpendeckel 11, der die gegenüberliegende Stirnseite abschließt, axial eingegrenzt. In einem radialen Bereich des feststehenden Gerotoraußenelements 31, in dem sich die sichelförmigen Arbeitskammern der Innenverzahnung 33a befinden, stehen die Gehäusewand und der Pumpendeckel 11 mit den Stirnflächen des Gerotoraußenelements 31 in einem feststehenden Flächenkontakt. Zugleich stehen die Gehäusewand und der Pumpendeckel 11 in demselben radialen Bereich mit den Stirnflächen des Gerotorinnenelements 30 in einem Gleitkontakt. Dadurch wird das Fördermedium zwischen der Innenverzahnung 33a und der Außenverzahnung 33b an der axialen Begrenzung beim Verdrängungsvorgang eingeschlossen.
-
Auf der exzentrisch geführten Kreisbahn des Gerotorinnenelements 30, erfolgt eine Abrollbewegung desselben anhand der Außenverzahnung 33b, die mit der Bewegungsabfolge eines Spirographs für Malstifte vergleichbar ist. Zugleich findet in den sichelförmigen Arbeitskammern, die in den Fußabschnitten der Innenverzahnung 33a des Gerotoraußenelements 31 gebildet werden, im Bereich des Kämmeingriffs eine umlaufende endlose Abfolge von allmählich eingreifenden und wieder freigegebenen Verdrängungsvorgängen statt. Unter Bereitstellung eines nachfolgend beschriebenen Eintritts und Austritts des Fördermediums in und aus jeder Arbeitskammer, wird das Wirkungsprinzip eines umlaufenden Verdrängers erzeugt.
-
In dem Gerotorinnenelement 30 sind radial verteilte Durchtrittskanäle 36 derart angeordnet, dass sie zwischen jedem Fußabschnitt der Außenverzahnung 33b und der Innenumfangsfläche 32 verlaufen. Die Durchtrittskanäle 36 des Gerotorinnenelements 30 wirken mit einem Steuerspiegel 6 zusammen, der in dem exzentrischen Wellenfortsatz 23 ausgebildet ist.
-
Der Steuerspiegel 6 rotiert mit dem exzentrischen Wellenabschnitt 23, wobei eine Öffnungsstruktur mit Steuerschlitzen eine gemeinsame Umlaufbewegung mit dem Scheitelpunkt des Kämmeingriff der Gerotorverzahnung 33 ausführt, d.h. stets eine gleiche Position in Bezug zu einem saugseitigen und einem druckseitigen Drehwinkelbereich der Durchgangskanäle 36 im Gerotorinnenelement 30 einnimmt. Dadurch wird sowohl eine saugseitige als auch eine druckseitige Steuerung des Förderstroms zur Befüllung und Entleerung der Arbeitskammern im feststehenden Gerotoraußenelement 31 realisiert.
-
Wie aus unterschiedlichen Schnittdarstellungen in den 1 und 4 sowie einer perspektivischen Ansicht aus 5 hervorgeht, weist der Steuerspiegel 6 eine Öffnungsstruktur mit einer Saugniere 65 und einer Druckniere 67 auf. Die nierenförmigen Ausnehmungen im Wellenquerschnitt sind durch einen dazwischen liegenden Abschnitt der Außenumfangsfläche des exzentrischen Wellenabschnitts 23 getrennt und liegen axial in einer Umlaufbahn der umkreisenden Mündungen der Durchtrittskanäle 36 des Gerotorinnenelements. Weiter im Inneren des Wellenquerschnitts sind den beiden nierenförmigen Ausnehmungen zwei Durchbrüche zugeordnet, die zu der Unterteilung der zentralen Bohrungen axial versetzt sind. Somit ist trotz gleicher axialer Anordnung der nierenförmigen Ausnehmungen, die Saugniere 65 mit der Einlassbohrung 52 verbunden, und die Druckniere 67 ist mit der Auslassbohrung 72 verbunden, wie aus 3 und 5 ersichtlich ist.
-
Dadurch ergibt sich in der Schnittansicht aus 1 durch die axiale Mitte des Gerotorinnenelements 31 bzw. des Steuerspiegels 6 eine symmetrische Kontur, die zwischen den Durchbrüchen liegt und somit lediglich die nierenförmigen Ausnehmungen widergibt. In der Schnittansicht aus 4, die durch einen axial weiter nach vorne versetzten Abschnitt des Steuerspiegels 6 verläuft, ist ein Durchbruch 62 der Druckniere 67 ausgenommen, sodass sich eine asymmetrische Sichelform ergibt.
-
Die Öffnung der Saugniere 65 deckt einen Drehwinkelbereich Y der Durchtrittskanäle 36 ab, der auf einer zur Umlaufrichtung rückwärtigen Seite, d.h. rechterhand der Drehwinkelposition des Kämmeingriffs der Innenverzahnung 33 liegt. In dem Drehwinkelbereich Y nehmen die Volumina der Arbeitskammern in der Innenverzahnung 33a des Gerotoraußenelements 31 zu. Die Durchtrittskanäle 36, die während der Rotation des Gerotorinnenelements 30 die Saugniere 65 passieren, stehen mit der Einlassbohrung 52 in Verbindung. Somit sind die Arbeitskammern, deren Volumina nach dem Kämmeingriff zunehmen, stets mit dem Pumpeneinlass 5 verbunden, um sie mit dem Fördermedium zu befüllen.
-
Andererseits deckt die Öffnung der Druckniere 67 einen zum Kämmeingriff X der Innenverzahnung 33 gegenüberliegenden Drehwinkelbereich Z der Durchtrittskanäle 36 ab. In dem Drehwinkelbereich Z nehmen die Volumina der Arbeitskammern in der Innenverzahnung 33a des Gerotoraußenelements 31 ab. Die Durchtrittskanäle 36, die während der Rotation des Gerotorinnenelements 30 die Druckniere 67 passieren, stehen dementsprechend mit der Auslassbohrung 72 in Verbindung. Somit werden die Arbeitskammern, deren Volumina vor dem Kämmeingriff abnehmen, stets mit dem Pumpenauslass 7 verbunden, um das verdrängte Fördermedium abzuführen.
-
Ein Abstand der Saugniere 65 und der Druckniere 67 über die Außenumfangsfläche des exzentrischen Wellenabschnitts 23 beträgt wenigstens den Durchmesser eines Durchtrittskanals 36, um einen hydraulischen Kurzschluss durch einen Querschnitt eines passierenden Durchtrittskanals 36 zwischen den Nieren zu verhindern.
-
Zwischen den Nieren erfolgt ein abwechselndes Umschalten der Strömungsrichtung in den Durchtrittskanälen 36. Durch die Winkelbereiche der Nieren und der Abstände zwischen diesen in der Öffnungsstruktur des Steuerspiegels 6, kann sowohl die Saugsteuerung als auch die Drucksteuerung individuell beeinflusst werden.
-
Nachstehend wird ein beispielgebender Aufbau einer zweiten Ausführungsform der Gerotorpumpe mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
-
Die zweite Ausführungsform der Gerotorpumpe unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Öffnungsstruktur des Steuerspiegels 6 und die Führung des Pumpenauslasses 7. Die übrigen konstruktiven Merkmale entsprechen im Wesentlichen denjenigen der ersten Ausführungsform, sodass die obenstehend ausgeführten Aspekte hierzu herangezogen werden können.
-
Wie in 6 gezeigt ist, wird die Auslassbohrung 72 durch eine Sackbohrung gebildet, die hinter dem Gerotor 3 endet. Eine Einlassbohrung 52 in der Welle 2 entfällt, ebenso wie ein Durchbruch 62 zwischen dieser und der Saugniere 65. Demzufolge beginnt die Einlassführung nicht auf der Antriebsseite, wodurch die Einlasskammer 50 entfällt und der elektrische Antrieb 4 als Trockläufermotor ausgeführt ist.
-
Bei der zweiten Ausführungsform weist die Druckniere 67' in der Schnittansicht aus 7 die Form eines Kreissegments auf, das im Wellenquerschnitt bis in die Auslassbohrung 72 hinein ausgenommen ist, sodass eine Verbindungsöffnung hergestellt ist. In axialer Richtung, deckt die Druckniere 67' axial den gesamten Durchmesser der Durchtrittskanäle 36 im Gerotorinnenelement 30 ab, sodass ein größerer Verbindungsquerschnitt erzielt wird.
-
Die Saugniere 65' ist sichelförmig und ist zu der Auslassbohrung 72 abgetrennt. Die Ausnehmung der Saugniere 65' setzt sich zum freien Ende der Welle 2 fort, sodass sie zur Stirnseite des Steuerspiegels 6' geöffnet ist. Die Saugniere 65' deckt axial ebenfalls den gesamten Durchmesser der Durchtrittskanäle 36 im Gerotorinnenelement 30 ab.
-
An der Innenfläche des Pumpendeckels 11, die dem Steuerspiegel 6' gegenüberliegt, ist im Bereich der Umlaufbahn des exzentrischen Wellenfortsatzes 23 eine Ringkammer 15 ausgenommen. Die Ringkammer 15 ist mit einem Saugstutzen des Pumpeneinlasses 5' verbunden, der benachbart zu dem Druckstutzen des Pumpenauslasses 7 am Pumpendeckel 11 ausgebildet ist. Die geöffneten Saugniere 65' nimmt an der Stirnseite des Steuerspiegels 6', über die Ringkammer 15 einen angesaugten Förderstrom aus dem Pumpeneinlass 5' auf.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0475109 A1 [0004]
- DE 3716960 A1 [0005]
- DE 102016121240 [0007]
