DE69504983T2

DE69504983T2 - Innenzahnradpumpe der gerotorbauart

Info

Publication number: DE69504983T2
Application number: DE69504983T
Authority: DE
Inventors: Gavin Peter East Hunsbury Northampton Nn4 0Bj Whitham
Original assignee: T&N Technology Ltd
Current assignee: Federal Mogul Technology Ltd
Priority date: 1994-07-02
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: EP0769103A1; US5762484A; ES2121392T3; GB2291131B; GB2291131A; KR970703492A; DE69504983D1; GB9413337D0; ATE171516T1; WO1996001372A1; CA2190276A1; JPH10502427A; EP0769103B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe des Gerotortyps, welche beispielsweise als eine Ölpumpe verwendet werden kann.
Pumpen des Gerotortyps sind gut bekannt und umfassen einen inneren Rotor, der mit äußeren Zähnen versehen ist, welcher innerhalb eines hohlen, äußeren Rotors angeordnet ist, welcher innen mit Zähnen versehen ist, die mit den äußeren Zähnen des inneren Rotors kämmen. Der äußere Rotor hat einen Zahn mehr als der innere Rotor und der innere Rotor hat eine Rotationsachse, welche in bezug auf eine Rotationsachse des äußeren Rotors versetzt oder exzentrisch gelagert ist. Mit dieser Anordnung bewirkt die Rotation des einen Rotors, daß der andere Rotor rotiert, da er durch die ineinandergreifenden Zähne angetrieben wird. Während der Rotation ändert aufgrund der Exzentrizität der Rotationsachse der ineinandergreifende Zusammenhang der Zähne progressiv sich zwischen den. Zähnen bildende Kammern, welche sich im Volumen verändern, um eine Pumpwirkung zu erzeugen.
Der innere Rotor einer Pumpe des Gerotortyps ist gemäß einem gut eingeführten Verfahren konstruiert. In diesem Verfahren wird ausgehend von einem Kreis mit einem Druchmesser A (dem Basiskreis) ein Kreis mit einem Durchmesser B (der Wälzkreis) rund um die Außenseite des Basiskreises gewälzt, während die Spur eines Punktes in einem Abstand e (der Exzentrizität) von dem Zentrum des Wälzkreises gezeichnet bzw. abgetastet wird. Dies ergibt eine Kurve, welche eine Trochoide genannt wird. Es ist notwendig, daß der Wälzkreis rund um den Basiskreis eine exakte Anzahl von Vielfachen abrollt. Das Verhältnis der Durchmesser A zu B ist die Anzahl der "Zähne" (n) auf dem inneren Rotor.
Danach wird bei der Konstruktion des inneren Rotors ein Kreis des Durchmessers C (der Orts- oder Spurkreis) um die zuvor genannte Trochoide mit dem Zentrum des Kreises auf der Trochoide bewegt. Die Spur des radial innersten Punktes auf dem Ortskreis ist die Form des inneren Rotors.
Bis dato wurde der äußere Rotor einer Pumpe des Gerotortyps von dem inneren Rotor abgeleitet, anstelle daß er gemäß eigenen Formeln konstruiert wurde (siehe z. B. GB-A 223257). Konventionell wird der äußere Rotor durch Zeichnen eines Kreises des Radius R ausgebildet. R ist definiert durch (A + B) dividiert durch 2 plus einer Einstellung für einen Freiraum bzw. ein Spiel. Danach werden n plus 1 Zentren definiert, welche gleichmäßig um den Kreis mit Radius R verteilt sind. Jedes dieser Zentren stellt das Zentrum eines Zahnes auf dem äußeren Rotor dar. Um diese Zentren werden kreisförmige Bögen mit Radius r gezeichnet, welche in Richtung des Zentrums des Kreises mit Radius R schauen. Der Radius dieser Bögen r wird definiert durch C dividiert durch 2 minus einer Einstellung für einen Freiraum. Die Ausbildung eines Rotors des konventionellen Typs ist in Fig. 1 gezeigt. In diesem Fall hat der innere Rotor fünf Zähne und der äußere Rotor sechs gebogene Zähne. Wie dies aus Fig. 1 ersehen werden kann, sind die Zähne des äußeren Rotors durch Bögen S eines Kreises verbunden (welcher im Zentrum des Kreises mit Radius R zentriert ist).
Die Erfindung stellt eine Pumpe des Gerotortyps zur Verfügung, umfassend einen inneren Rotor und einen äußeren Rotor, wobei der innere Rotor innerhalb des äußeren Rotors angeordnet ist und zur Rotation um eine erste Achse festgelegt ist und der äußere Rotor zur Rotation um eine zweite Achse, welche gegenüber der ersten Achse durch eine Exzentrizität der Pumpe versetzt ist, festgelegt ist, wobei der innere Rotor eine äußere Oberfläche aufweist, welche eine gezahnte Form aufweist und mit einer inneren Oberfläche des äußeren Rotors kämmt, welcher eine gezahnte Form aufweist, welche einen Zahn mehr besitzt als der innere Rotor, wobei die gezahnte Form des inneren Rotors eine Form ist, welche gebildet wird, wenn ein erster Kreis um eine Trochoide mit dem Kreismittelpunkt auf der Trochoide bewegt wird, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die gezahnte Form des äußeren Rotors eine Form aufweist, welche durch Bewegen eines zweiten Kreises um die Einhüllende der Trochoide des gedrehten, inneren Rotors mit dem Kreismittelpunkt auf der Einhüllenden gebildet ist.
Eine Pumpe gemäß der Erfindung arbeitet glatter bzw. reibungsfreier als konventionelle Pumpen, was eine lärmärmere Betätigung und eine längere Lebensdauer ergibt. Die Pumpe hat auch eine effizientere Pumpwirkung.
Vorzugsweise weisen in einer Pumpe gemäß der Erfindung die ersten und zweiten Kreise Durchmesser auf, welche um einen vorbestimmten Betätigungszwischenraum bzw. -spiel zwischen den Rotoren differieren.
Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung, welche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen zu lesen ist, einer Pumpe, welche für die Erfindung erläuternd ist, und eines erklärenden Verfahrens, mit welchen Formen der Rotoren der beispielhaften Pumpe ausgebildet werden.
In den Zeichnungen:
ist Fig. 1 eine diagrammartige Darstellung der äußeren, peripheren Form eines inneren Rotors und der inneren, peripheren Form eines äußeren Rotors einer konventionellen Pumpe des Gerotortyps, welche die Rotoren verzahnt zeigt; und ist Fig. 2 analog zu Fig. 1, wobei sie jedoch die beispielhafte Pumpe in einem größeren Maßstab zeigt.
Die in Fig. 1 gezeigte, konventionelle Pumpe umfaßt einen inneren Rotor, welcher durch eine äußere, periphere bzw. Umfangsform 10 begrenzt ist, und einen äußeren Rotor, welcher durch eine innere, periphere bzw. Umfangsform 12 begrenzt ist. Die illustrative bzw. beispielhafte Pumpe, welche in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt einen inneren Rotor, welcher durch eine äußere, periphere bzw. Umfangsform 20 begrenzt ist, und einen äußeren Rotor, welcher durch eine innere, periphere bzw. Umfangsform 22 begrenzt ist. Die Formen 10 und 20 sind ident, während jedoch die Formen 12 und 22 voneinander verschieden sind.
Die Formen 10 und 20 werden durch das oben beschriebene, gut eingeführte Verfahren gebildet, indem ein Basiskreis eines Durchmessers A, ein Wälzkreis eines Durchmessers B, eine Exzentrizität von e und ein Spurkreis eines Durchmessers C verwendet werden. In diesem Fall war die Anzahl der "Zähne" (n) fünf, d. h. das Verhältnis von A zu B war 5, wobei jedoch n jede ganze Zahl über 2 bedeuten kann.
Die Koordinaten eines Punktes auf der Trochoide, welche durch einen Punktabstand e von dem Zentrum des Wälzkreises gebildet wird, wenn er um den Basiskreis gewälzt wird, sind durch die Gleichungen 1 und 2 gegeben, worin e der dem Ursprung gegenüberliegende Winkel ist.

Gleichung 1

x = B/2 (n + 1) cos(Θ) - e cos ((n + 1)Θ)

Gleichung 2

y = B/2 (n + 1) sin(Θ) - e sin((n + i)Θ)
Die Koordinaten der Formen 10 und 20 sind dann durch X und Y in Gleichung 3 gegeben.

Gleichung 3

(X - x)² + (Y - y)² = (C/2)²
Differenzieren von Gleichung 3 nach Θ ergibt Gleichung 4.

Gleichung 4

(X - x) δx/δΘ + (Y - y) δy/δΘ = 0
Indem Gleichung 4 neu angeordnet wird und R wie in Gleichung 6 definiert substituiert wird, ergibt sich Gleichung 5.

Gleichung 5

(Y - y) = -K(X - x) Gleichung 6
Differentiation der Gleichungen 1 und 2 und Substitution in Gleichung 5 ergibt Gleichung 7. Gleichung 7
Indem Gleichung 5 in Gleichung 3 substituiert wird und gelöst wird, ergeben sich Gleichungen 8 und 9, deren innerste Punkte die Koordinaten der Punkte auf den Formen 10 und 20 definieren. Gleichung 8 Gleichung 9
Aus den Fig. 1 und 2 kann ersehen werden, daß die Formen 10 und 20 mit fünf im allgemeinen gebogenen Zähnen, welche durch konvexe Bogen verbunden sind, gezahnt sind.
Die Form 12 des äußeren Rotors der konventionellen Pumpe, welche in Fig. 1 gezeigt ist, wird durch Zeichnen von sechs (n + 1) Bögen auf einem Kreis mit Radius R gebildet (gleich A + B dividiert durch 2), wobei jeder Bogen einen Radius C dividiert durch 2 minus einem Freiraum bzw. ein Spiel aufweist.
Die Form 22 der inneren, peripheren Oberfläche des äußeren Rotors der beispielhaften Pumpe ist jedoch von der Einhüllenden gebildet, deren Koordinaten definiert sind als die Einhüllende der Trochoide des rotierenden, inneren Rotors und durch die Gleichungen 10 und 11, in welchen R durch Gleichung 12 definiert ist, z durch Gleichung 13 definiert ist und der Winkel v die durch Gleichung 14 definierten Werte annimmt. Gleichung 10 Gleichung 10

Gleichung 12

R = 1/2(A + B)

Gleichung 13

z = (n + 1)

Gleichung 14

v = π/6.. π/2, 5π/5.. 7π/6, 3π/2..11π/6
Um die Form 22 aus der Einhüllenden, welche durch die Gleichungen 10 und 11 definiert ist, zu bilden, werden die Gleichungen 6, 8 und 9 verwendet, wobei Θ durch v ersetzt wird und wobei C gleich dem Durchmesser des Spurkreises minus einem kleinen Freiraum ist. R ist bestimmt durch Differenzieren der Gleichungen 10 und 11 in bezug auf v, um die Gleichungen 15 und 16 zu ergeben, welche R entsprechend Gleichung 17 definieren. Die Koordinaten der Form 22 sind dann durch die innersten Punkte der Gleichungen 8 und 9 gegeben, worin x, y und R durch die Gleichungen 10, 11 und 15 bis 17 gegeben sind. Gleichung 15 Gleichung 16

Gleichung 17

K = Ka/KB

Claims

1. Pumpe des Gerotortyps, umfassend einen inneren Rotor (20) und einen äußeren Rotor (22), wobei der innere Rotor innerhalb des äußeren Rotors angeordnet ist und zur Rotation um eine erste Achse festgelegt ist und der äußere Rotor zur Rotation um eine zweite Achse, welche gegenüber der ersten Achse durch eine Exzentrizität der Pumpe versetzt ist, festgelegt ist, wobei der innere Rotor eine äußere Oberfläche aufweist, welche eine gezahnte Form aufweist und mit einer inneren Oberfläche des äußeren Rotors kämmt, welcher eine gezahnte Form aufweist, welche einen Zahn mehr besitzt als der innere Rotor, wobei die gezahnte Form des inneren Rotors eine Form ist, welche gebildet wird, wenn ein erster Kreis um eine Trochoide mit dem Kreismittelpunkt auf der Trochoide bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gezahnte Form des äußeren Rotors eine Form aufweist, welche durch Bewegen eines zweiten Kreises um die Einhüllende der Trochoide des gedrehten, inneren Rotors mit dem Kreismittelpunkt auf der Einhüllenden gebildet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Kreise Durchmesser aufweisen, welche um einen vorbestimmten Betätigungszwischenraum bzw. -spiel zwischen den Rotoren (20, 22) differieren.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhüllende eine durch die Gleichungen 10 und 11 des Ausführungsbeispiels gegebene Form aufweist.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gezahnte Form des äußeren Rotors (22) durch die Gleichungen 8 bis 11 und 15 bis 17 des Ausführungsbeispiels gegeben ist.