EP1859170B1 - Drehkolbenmaschine - Google Patents

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EP1859170B1
EP1859170B1 EP06722634.0A EP06722634A EP1859170B1 EP 1859170 B1 EP1859170 B1 EP 1859170B1 EP 06722634 A EP06722634 A EP 06722634A EP 1859170 B1 EP1859170 B1 EP 1859170B1
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EP
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housing
machine housing
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driven part
machine
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Felix Arnold
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C3/00—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type
    • F04C3/06—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees
    • F04C3/08—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C3/085—Rotary-piston machines or pumps, with non-parallel axes of movement of co-operating members, e.g. of screw type the axes being arranged otherwise than at an angle of 90 degrees of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing the axes of cooperating members being on the same plane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/0061—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F04C15/0073—Couplings between rotors and input or output shafts acting by interengaging or mating parts, i.e. positive coupling of rotor and shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0003—Sealing arrangements in rotary-piston machines or pumps
    • F04C15/0023—Axial sealings for working fluid
    • F04C15/0026—Elements specially adapted for sealing of the lateral faces of intermeshing-engagement type machines or pumps, e.g. gear machines or pumps

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston engine according to the preamble of the main claim.
  • a rotary engine with frontal toothing of a drive part and a driven part and located between the teeth workrooms that enlarge and reduce during rotation, whereby the conveying effect of the medium is generated has already been proposed several times.
  • DE 103 35 939 A1 are to reduce gap losses between the rotors in the axial and radial directions freely displaced, such gap losses may be both manufacturing but also result of shocks such a rotary piston machine during operation and thereby given unwanted changing the position of the rotors in their arrangement.
  • the additional contact pressure proposed there is also of little help from the pressure of the fluid flow.
  • the output member is loaded in the direction of the drive part, thereby to achieve the desired for use as a feed pump of gasoline injection engine assembly between the motor housing and the machine housing.
  • the axial clearance can be reduced but a basic setting or a corresponding flexibility for adjusting the pump is not given.
  • the invention has for its object to improve a rotary piston engine of the generic type so that it is particularly inexpensive to produce, allows a basic setting and a clamping of the rotors is avoided even when shaken during operation.
  • the rotary piston engine according to the invention is defined by the main claim.
  • the invention has the advantages mentioned in the underlying task. Depending on the type of fixing the floor bearing combined with it, that drive part and output part within arranged on the machine housing and enclosed by the floor bearings, on the one hand a subsequent adjustment of the game can be made, up to a basic setting, and on the other hand, a subsequent undesired clamping of the running parts can be prevented, also because a unit between the bottom bearing and machine housing. So there remains a required axial clearance.
  • the drive part and / or driven part on the side facing away from the pump chamber on a journal has a ring-shaped central bearing bore for receiving the journal.
  • the fuel delivery pump shown has a rotary piston pump 1 and an electric motor 2 driving this, which are arranged in a motor housing 3 and a housing cover 4 attached thereto.
  • the electric motor is shown greatly simplified with a rotor 5 and a magnetic ring 6, and an axial closure part 7 of the motor housing 3, which is connected thereto and sealed to this.
  • a rotary bearing 8 of the rotor 5 is provided on this closure part 7.
  • the electric motor 5, 6 flows around its cooling by the fuel within the motor housing 3.
  • the second pivot bearing of the rotor 5 is provided at its shaft end 9 in a bearing bore 10 of a bottom bearing 11, which is arranged in a corresponding opening on the end face of a machine housing 12 of the rotary lobe pump 1 and on which a frontally toothed drive part 13 of the pump on the Can axially support motor facing sides.
  • This machine housing 12 is arranged in a pump housing 14, which is sealed to the motor housing 3 and partially disposed in this and partially within the housing cover 4.
  • the shaft end 9 protrudes into a bearing bore 15 of larger diameter, which runs coaxially to the bearing bore 10 and in which a dipping into them pin 16 of the drive member 13 is rotatably mounted.
  • a driving coupling 17 is arranged between the shaft end 9 of the electric motor 2 and the journal 16 of the drive member 13, as they are in an enlarged scale in the FIGS. 3 and 4 is shown. Since both the shaft end 9 is mounted in the bottom bearing 11, as well as the drive member 13 with its journal 16, this driving coupling 17 is to cause a certain clearance compensation, both in the longitudinal and in the transverse direction.
  • the bottom bearing 11 is in fact designed as a fixed bearing and rigidly arranged between the machine housing 12, the pump housing 14, and the magnetic ring 6.
  • two pump rotors namely except the drive member 13, a driven part 18.
  • the drive member 13 is driven by the shaft end 9 of the electric motor 2 and the driving clutch 17 and transmits its rotational movement by toothed entrainment on the Output part 18.
  • cycloid gears are provided which have corresponding facing each other working surfaces. As a result, 12 pumping work spaces 19 are formed between these work surfaces and the inner wall of the machine housing, as in FIG. 2 shown.
  • FIGS. 3 and 4 it can be seen, the driving clutch 17, a ring member 20, with a hexagonal recess 21, in which a corresponding hexagonal shaped end portion of the shaft end 9 of the electric motor 2 is inserted for a desired turning and on the front side four plug-in pin 23 are arranged, which in corresponding end face on Running pin 16 arranged openings are inserted.
  • FIGS. 1 and 2 An end opening of the machine housing 12 is closed on the output side by a bottom bearing 22 which is arranged coaxially with the output part 18.
  • a bearing bore 24 is arranged, in which via a journal 25 of the output member 18 is mounted.
  • the drive member 13 and the output member 18 are loaded in the direction against each other by the hydraulic delivery pressure in which between the pump chamber pressure side and the opposite sides of the drive parts 13, 18 via holes or channels connection.
  • the output member 18 is supported with a spherical elevation 26 on a corresponding spherical recess 27 of the drive member 13 from.
  • the pump housing 14 may, as in FIGS. 1 and 2 represented, in particular cases pot-shaped, with a corresponding obliquely to the drive axis, but at right angles to the axis of the driven part 18, extending bottom 28 on which the bottom bearing 22 of the driven part 18 rests and is supported.
  • an additional structural decoupling of the pump side is advantageously given by the drive side, which can be particularly important in service.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Drehkolbenmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches. Eine solche Drehkolbenmaschine mit stirnseitiger Verzahnung eines Antriebsteils und eines Abtriebsteils und zwischen den Zähnen sich befindlichen Arbeitsräumen, die sich während des Rotierens vergrößern und verkleinern, wodurch die Förderwirkung des Mediums erzeugt wird, ist mehrfach schon vorgeschlagen worden. Bei einem solchen älteren Vorschlag ( DE 103 35 939 A1 ) sind zur Verringerung von Spaltverlusten zwischen den Rotoren diese in axialer und radialer Richtung frei verschiebbar, wobei derartige Spaltverluste sowohl Fertigungsbedingt sein können aber auch Folge von Erschütterungen einer solchen Drehkolbenmaschine während des Betriebs und dadurch gegebenes ungewünschtes Ändern der Lage der Rotoren in ihrer Anordnung. Insofern ist auch der dort vorgeschlagene zusätzliche Anpressdruck vom Druck des Fluidstromes her wenig hilfreich.
  • Bei einem anderen die Gattung des Hauptanspruchs betreffenden Vorschlag ( WO 2005/024236 A1 ) sind die Rotoren sowohl als der Läufer des Elektromotors auf einer feststehenden Achse angeordnet, was natürlich auf Kosten der Justierbarkeit geht, so dass auch das Anordnen in einer Grundeinstellung nicht möglich ist. Nicht zuletzt ist auch nur das Antriebsteil der Rotoren axial auf der Achse verschiebbar, was natürlich auch die Einstellmöglichkeit entsprechend einschränkt.
  • Bei wieder einem anderen Vorschlag an einer gattungsgemäßen Pumpe ( WO 2005/024237 A1 ) ist das Abtriebsteil in Richtung Antriebsteil belastet, um dadurch die für den Einsatz als Zuführpumpe von Benzineinspritzanlagen gewünschte Baueinheit zwischen Motorgehäuse und Maschinengehäuse zu erzielen. Durch eine in Richtung des Antriebsteils vorgesehene Belastung des Abtriebsteils kann zwar das axiale Spiel verringert werden aber eine Grundeinstellung oder eine entsprechende Flexibilität zum Justieren der Pumpe ist nicht gegeben.
  • Bei einer gattungsgemäßen Drehkolbenmaschine ( WO 2005/116403 A1 ) ist zusätzlich vorgeschlagen worden, über Gleitlager der Rotoren diese axial verschieben zu können, um dadurch auch die gewünschte Leistung der Maschine zu ändern. Außerdem geht es bei dieser Maschine nicht um Bodenlager sondern um spezielle Gleitlager der Rotoren.
  • Bei einer anderen elektrisch angetriebenen Pumpe ( US PS 5145348 ) handelt es sich um eine Innenzahnradpumpe die sowohl von dem erzielbaren Wirkungsgrad als auch in Bezug auf die der Antriebskraft entsprechenden Leistung von der gattungsgemäßen Maschine stark abweicht.
  • Bei einer anderen bekannten elektrisch angetriebenen Pumpe ( US PS 5425625 ) handelt es sich ebenfalls um eine Innenzahnradpumpe mit völlig anderem Aufbau als der der gattungsgemäßen Pumpe.
    • Zugrundeliegende Aufgabe
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Drehkolbenmaschine der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, dass sie besonders günstig herstellbar ist, eine Grundeinstellung ermöglicht und ein Festklemmen der Rotoren auch bei Erschüttungen im Betrieb vermieden wird.
    • Die Erfindung und ihre Vorteile
  • Die erfindungsgemäße Drehkolbenmaschine wird durch den Hauptanspruch definiert.
  • Die Erfindung weist dafür die in der zugrundeliegenden Aufgabe genannten Vorteile auf. Je nach Art der Festlegung der Bodenlager in Kombination damit, dass Antriebsteil und Abtriebsteil innerhalb des Maschinengehäuses angeordnet und durch die Bodenlager eingeschlossen sind, kann einerseits eine nachträgliche Justierung des Spiels vorgenommen werden, bis hin zu einer Grundeinstellung, und es kann andererseits ein nachträgliches ungewünschtes Festklemmen der Laufteile unterbunden werden, auch weil eine Baueinheit zwischen Bodenlager und Maschinengehäuse besteht. Es verbleibt also ein erforderliches axiales Spiel.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist für einen günstigen Lauf der Rotoren das Antriebsteil und/oder Abtriebsteil auf der dem Pumpenraum abgewandten Seite einen Laufzapfen auf, und das Bodenlager weist eine ringförmig ausgebildete zentrale Lagerbohrung zur Aufnahme des Laufzapfens auf.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Kraftstoffförderpumpe mit erfindungsgemäßer Drehkolbenmaschine im Längsschnitt entsprechend dem Pfeil I in Figur 2;
    Fig. 2
    einen Längsschnitt durch diese Förderpumpe entsprechend der Linie II-II in Figur 1
    Fig. 3
    eine Mitnahmekupplung der Förderpumpe im Längsschnitt und in vergrößertem Maßstab und
    Fig. 4
    die Axialansicht dieser Mitnahmekupplung entsprechend dem Pfeil III in Figur 3.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die dargestellte Kraftstoffförderpumpe weist eine Drehkolbenpumpe 1 und einen diese antreibenden Elektromotor 2 auf, welche in einem Motorgehäuse 3 und einem daran befestigten Gehäusedeckel 4 angeordnet sind. Hierbei ist besonders der Elektromotor stark vereinfacht dargestellt mit einem Läufer 5 und einem Magnetring 6, sowie einem axialen Verschlussteil 7 des Motorgehäuses 3, welches mit diesem verbunden und zu diesem hin abgedichtet ist. Außerdem ist an diesem Verschlussteil 7 eine Drehlagerung 8 des Läufers 5 vorgesehen. Vorzugsweise ist der Elektromotor 5, 6 zu dessen Kühlung vom Kraftstoff innerhalb des Motorgehäuses 3 umströmt.
  • Das zweite Drehlager des Läufers 5 ist an seinem Wellenende 9 in einer Lagerbohrung 10 eines Bodenlagers 11 vorgesehen, welches in eine entsprechende Öffnung an der Stirnseite eines Maschinengehäuses 12 der Drehkolbenpumpe 1 angeordnet ist und an dem sich ein stirnseitig verzahntes Antriebsteil 13 der Pumpe auf der dem Motor zugewandten Seiten axial abstützen kann. Dieses Maschinengehäuse 12 ist in einem Pumpengehäuse 14 angeordnet, das zum Motorgehäuse 3 hin abgedichtet und teilweise in diesem und teilweise innerhalb des Gehäusedeckels 4 angeordnet ist. Das Wellenende 9 ragt in eine Lagerbohrung 15 größeren Durchmessers, welche koaxial zur Lagerbohrung 10 verläuft und in welcher ein in sie tauchender Laufzapfen 16 des Antriebsteils 13 drehbar gelagert ist.
  • In der Lagerbohrung 15 ist zwischen dem Wellenende 9 des Elektromotors 2 und dem Laufzapfen 16 des Antriebsteils 13 eine Mitnahmekupplung 17 angeordnet, wie sie in vergrößertem Maßstab in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Da sowohl das Wellenende 9 im Bodenlager 11 gelagert ist, als auch das Antriebsteil 13 mit seinem Laufzapfen 16, soll diese Mitnahmekupplung 17 einen gewissen Spielausgleich bewirken und zwar sowohl in Längs- als auch in Querrichtung. Das Bodenlager 11 ist nämlich als Festlager ausgebildet und zwischen dem Maschinengehäuse 12, dem Pumpengehäuse 14, bzw. dem Magnetring 6 starr angeordnet.
  • In dem Maschinengehäuse 12 arbeiten zwei Pumprotoren, nämlich außer dem Antriebsteil 13 ein Abtriebsteil 18. Das Antriebsteil 13 wird durch das Wellenende 9 des Elektromotors 2 und die Mitnahmekupplung 17 angetrieben und überträgt seine Drehbewegung durch zahnschlüssige Mitnahme auf das Abtriebsteil 18. Auf den Stirnseiten des Antriebsteils 13 und des Abtriebsteils 18 sind hierfür zykloide Verzahnungen vorgesehen, die entsprechende einander zugewandte Arbeitsflächen aufweisen. Hierdurch werden zwischen diesen Arbeitsflächen und der Innenwand des Maschinengehäuses 12 Pumparbeitsräume 19 gebildet, wie in Figur 2 gezeigt.
  • Wie aus Figur 3 und 4 ersichtlich weist die Mitnahmekupplung 17 ein Ringteil 20 auf, mit einer sechseckigen Innenausnehmung 21, in welche ein entsprechend sechseckig gestalteter Endabschnitt des Wellenendes 9 des Elektromotors 2 für eine gewünschte Drehschlüssigkeit gesteckt wird und an dem stirnseitig vier Steckzapfen 23 angeordnet sind, welche in entsprechende stirnseitig am Laufzapfen 16 angeordnete Öffnungen gesteckt sind.
  • Eine Stirnseitenöffnung des Maschinengehäuses 12 ist abtriebsseitig durch ein Bodenlager 22 verschlossen, welches gleichachsig zum Abtriebsteil 18 angeordnet ist. In diesem Bodenlager 22 ist eine Lagerbohrung 24 angeordnet, in welcher über einen Laufzapfen 25 des Abtriebsteils 18 dieses gelagert ist. Wie aus Figur 1 und 2 nicht erkennbar ist, werden zudem das Antriebsteil 13 und das Abtriebsteil 18 in Richtung gegeneinander durch den hydraulischen Förderdruck belastet, in dem zwischen dem Pumpenraum druckseitig und den einander abgewandten Seiten der Triebteile 13, 18 über Bohrungen oder Kanäle eine Verbindung besteht. Hierbei stützt sich das Abtriebsteil 18 mit einer sphärischen Erhebung 26 an einer entsprechenden sphärischen Ausnehmung 27 des Antriebsteils 13 ab.
  • Das Pumpengehäuse 14 kann, wie in Figur 1 und 2 dargestellt, in besonderen Fällen topfförmig ausgebildet sein, mit einem entsprechend schräg zur Antriebsachse, jedoch im rechten Winkel zur Achse des Abtriebsteils 18, verlaufenden Boden 28, auf dem das Bodenlager 22 des Abtriebsteils 18 aufliegt und sich abstützt. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine zusätzliche konstruktive Abkopplung der Pumpenseite von der Antriebsseite gegeben, was besonders beim Service von Bedeutung sein kann.
    • Bezugszahlenliste
  • 1 Drehkolbenpumpe
    2 Elektromotor
    3 Motorgehäuse
    4 Gehäusedeckel
    5 Läufer
    6 Magnetring
    7 Verschlussteil
    8 Drehlagerung
    9 Wellenende
    10 Lagerbohrung
    11 Bodenlager
    12 Maschinengehäuse
    13 Antriebsteil
    14 Pumpengehäuse
    15 Lagerbohrung
    16 Laufzapfen (von 13)
    17 Mitnahmekupplung
    18 Abtriebsteil
    19 Pumparbeitsräume
    20 Ringteil
    21 Innenausnehmung
    22 Bodenlager
    23 Steckzapfen
    24 Lagerbohrung
    25 Laufzapfen
    26 Erhebung an 18
    27 Ausnehmung an 13
    28 Boden

Claims (2)

  1. Drehkolbenmaschine (1)
    - mit mindestens zwei aus Antriebsteil (13) und Abtriebsteil (18) zusammenwirkenden Rotoren, die durch stirnseitige Verzahnung Arbeitsräume (19) begrenzen und deren jeweiligen Verdrehachsen einen bestimmten Winkel zueinander einschließen,
    - mit einem das Antriebsteil (13) und das Abtriebsteil (18) aufnehmenden Maschinengehäuse (12),
    - mit einem Saugkanal und einem Druckkanal, welche beim Laufen der Rotoren intermittierend mit den Arbeitsräumen (19) verbindbar sind und
    - mit in einem Motorgehäuse (3) angeordneten Elektromotor für den Antrieb (2) des Antriebsteils (13),
    - wobei das Maschinengehäuse (12) und das Motorgehäuse (3) miteinander verbunden sind,
    - mit einer Spiel aufweisenden Drehlagerung (11,22) von Antriebsteil (13) und Abtriebsteil (18) in Bezug auf das Maschinengehäuse (12) und/oder in Richtung des anderen Teils, wobei
    - das Antriebsteil (13) und /oder das Abtriebsteil (18) in Richtung des anderen Teils mit Spiel gelagert ist,
    - das Antriebsteil (13) und /oder das Abtriebsteil (18) für die Drehlagerung in einem seine axiale Winkellage bestimmenden und ein axiales Spiel zulassenden, mit dem Maschinengehäuse (12) zu einer Baueinheit verbundenen Bodenlager (11, 22) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bodenlager (11, 22) zu seiner Festlegung im Maschinengehäuse (12) mit seinem radialen Randbereich in eine entsprechende stirnseitige Öffnung des Maschinengehäuses (12) eingeschraubt, eingeklebt oder eingepresst ist, wobei das Maschinengehäuse (12) als Einheit ausgebildet in ein Pumpengehäuse (14) eingelassen ist, welches auf der dem Elektromotor (2) abgewandten Stirnseite verschlossen ist und wobei das Pumpengehäuse (14) topfförmig ausgebildet ist, mit einem schräg zu seiner Mittelachse verlaufenden Boden (28) zur Auflage des Bodenlagers (22) des Abtriebsteils (18).
  2. Drehkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (13) und/ oder Abtriebsteil (18) auf der dem Pumpraum (19) abgewandten Seite einen Laufzapfen (16, 25) aufweist und dass das Bodenlager (11, 22) ringförmig ausgebildet eine zentrale Lagerbohrung (15, 24) aufweist zur Aufnahme des Laufzapfens (16, 25).
EP06722634.0A 2005-03-16 2006-03-16 Drehkolbenmaschine Active EP1859170B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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DE102005012511 2005-03-16
PCT/DE2006/000478 WO2006097092A1 (de) 2005-03-16 2006-03-16 Drehkolbenmaschine

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EP1859170A1 EP1859170A1 (de) 2007-11-28
EP1859170B1 true EP1859170B1 (de) 2013-05-15

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US (1) US7699592B2 (de)
EP (1) EP1859170B1 (de)
JP (1) JP5085528B2 (de)
WO (1) WO2006097092A1 (de)

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