EP3535496B1

EP3535496B1 - Elektrische gerotorpumpe

Info

Publication number: EP3535496B1
Application number: EP17786856.9A
Authority: EP
Inventors: Franz Pawellek; Conrad Nickel
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2017-10-05
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2037-10-05
Also published as: JP6843986B2; CN109983228A; US20200182241A1; EP3535496A1; JP2019534419A; DE102016121240A1; CN109983228B; CN111577595A; CN111577595B; WO2018082859A1; US11092153B2

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch angetriebene Gerotorpumpe.
Elektrische Gerotorpumpen, auch Zahnradpumpen genannt, sind beispielsweise als Hilfseinrichtungen wie Ölpumpen, Servopumpen zur Lenkunterstützung oder Hydraulikpumpen in Getrieben vielfach bekannt. 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. Eine solche Gerotorpumpe in einer anwendungstypischen Ausgestaltung als elektrische Öl- bzw. Hilfspumpe ist beispielsweise in der DE 10 2015 002 353 A1 gezeigt.
Ebenso beschreibt die EP 2 336 565 A1 eine elektrisch angetriebene Gerotorpumpe bzw. Zahnradpumpe, die einen für die Anwendung als Ölpumpe optimierten, kompakten Aufbau aufweist. In mobilen Anwendungen wie im Fahrzeugbau, unterliegen die Pumpen und die Hydraulikkreise großen Temperaturschwankungen, was zu einem schwankenden Leistungsbedarf seitens des elektrischen Antriebs in Abhängigkeit der Viskosität eines hydraulischen Mediums führt. Gerade bei einem Kaltstart eines Fahrzeugs bedarf es zum Anlaufen der Pumpe und des Kreislaufs bei hoher Viskosität eines Öls und geringer Wellendrehzahl, und insbesondere gegen den Widerstand eines Losbrechmoments aus dem Stillstand, eine wesentlich höhere elektrische Leistung als im nachfolgenden Betrieb.
Bei begrenzter Spannung, die aus dem Bordnetz zur Verfügung steht, fließen für diesen Leistungsbedarf kurzeitig hohe Spitzenströme, die wiederum eine entsprechend große Dimensionierung der Leistungselektronik, Leitungsquerschnitte, Statorspulen und dergleichen erfordert. In wirtschaftlicher Betrachtung, birgt die Bereitstellung von Leistungsreserven für Kaltstartbedingungen durch einen groß dimensionierten elektrischen Antrieb im Verhältnis zu einer Nennleistung, bei der die elektrische Pumpe im Betrieb dauerhaft wesentlich niedrigere Strömen aufnimmt, erhebliche Nachteile in Bezug auf das Gewicht, Baugröße und Herstellungskosten. Hinzu kommt, dass geeignete größere elektrische Antriebe oftmals eine zusätzliche Sensorik und Steuerung, wie einen Winkelsensor zur Erfassung einer Rotorposition und dergleichen erfordern, die einen weiteren Kostenfaktor darstellen und die Komplexität des Antriebs erhöhen.
Demnach besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine elektrisch angetriebene Gerotorpumpe zu schaffen, die den Einsatz eines kostengünstigeren Elektromotors bei gleicher Nennleistung der Pumpe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrisch angetriebene Gerotorpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Gerotorpumpe zeichnet sich insbesondere durch einen Gerotor aus, der ein feststehendes Gerotoraußenelement mit einer Innenverzahnung, das durch zwei Kammerwände axial eingegrenzt ist, wobei jedem kammerbildenden Fußabschnitt der Innenverzahnung ein Druckventil zugeordnet ist, das mit einem Auslass in Verbindung steht; und ein Gerotorinnenelement mit einer Außenverzahnung, das auf einem exzentrischen Abschnitt der Welle in dem Gerotoraußenelement umlaufend geführt und drehbar gelagert ist, sodass es in einem Kämmeingriff mit der Innenverzahnung steht; umfasst; wobei die Druckventile durch radiale Öffnungsschlitze im Gerotoraußenelement gebildet werden, die durch spangenförmige Blechbiegeteile mit einem Wendeabschnitt zu einer ringförmigen Auslasskammer um das Gerotoraußenelement abgedeckt sind.
Die Erfindung sieht somit erstmals eine elektrisch angetriebene Gerotorpumpe mit einem feststehenden Gerotoraußenelement und einer fertigungstechnisch vorteilhaften und dennoch funktionale Umsetzung zur Herstellung einer Anordnung mehrerer Druckventile bzw. Rückschlagventile vor. Zudem wird eine Bauform mit radial austretenden Verdrängungsströmen aus den Arbeitskammern geschaffen, die eine Umsetzung einer kurzen axialen Abmessung der Pumpe mit den fertigungstechnisch vorteilhaften Ventilen bereitstellt.
Im Vergleich zu dem herkömmlicherweise in elektrischen Pumpen eingesetzten Gerotortyp, bei dem der Außenrotor durch einen angetriebenen Innenrotor mitgeschleppt wird, entfällt bei dem erfindungsgemäßen Aufbau einer elektrischen Pumpe, die gleitend geführte Drehbewegung des Außenrotors beim Mitschleppen durch den Innenrotor. Das feststehende Gerotoraußenelement erzielt gerade bei hoher Viskosität des Hydraulikmediums, das gleichzeitig die Schmierung der Gleitlagerung bereitstellt, einen erheblich geringeren Reibungswiderstand und ein geringeres Losbrechmoment durch einen Wegfall des bewegten Außenrotors. Bei dem Gerotortyp herkömmlicher elektrischer Pumpen weist der Außenrotor konstruktionsbedingt die größtmögliche Gleitflächenpaarung über den Außenumfang auf, die entsprechend großflächig mit dem viskosen hydraulischen Medium in Kontakt steht und bei einem Kaltstart ein besonders hohes Drehmoment zur Überwindung eines Losbrechmoments beim Anlaufen erfordert.
Mit dem Aufbau der erfindungsgemäßen elektrischen Gerotorpumpe, der ein feststehendes Gerotoraußenelement aufweist, wurde diese Eigenschaft einer Lagerung eines Außenrotors als entscheidende Problemstellung identifiziert, deren konstruktive Umgehung einen Lösungsansatz zu der Aufgabenstellung mit den folgenden weiteren Vorteilen vorschlägt.
Durch die geringere Auswirkung der Viskosität anhand der entfallenden Gleitlagerflächen und das entsprechend geringere Losbrechmoment, können überproportionalen Leistungsreserven des elektrischen Antriebs für Kaltstartbedingungen weitgehend verringert werden, sodass eine Antriebsgröße einer Nennleistung der Pumpe weiter angenähert, und ein erheblicher Gewichts-, Größen- und Kostenvorteil erzielt werden kann. Je nach Verwendung kann gegebenenfalls auf den Einsatz von einem Drehwinkelsensor zur Überwachung einer Steuerungsfunktion oder eines Blockierens des Antriebs verzichtet werden, womit die Komplexität und Herstellungskosten weiter gesenkt werden können.
Zudem wird der geringere Reibungswiderstand auch durch das Gerotorinnenelement des Aufbaus der erfindungsgemäßen elektrischen Gerotorpumpe erzielt. Im Gegensatz zu einem Gerotortyp mit einem angetriebenen Innenrotor und einem mitgeschleppten Außenrotor, erfährt das Gerotorinnenelement bei einer umlaufenden Abrollbewegung auf der exzentrisch geführten Kreisbahn an der feststehenden Innenverzahnung des Gerotoraußenelements, die mit einem Spirograph für Malstifte vergleichbar ist, eine erheblich geringere Drehzahl. Genau genommen, wird die Drehzahl des Gerotorinnenelements in dem Aufbau der erfindungsgemäßen elektrischen Gerotorpumpe, gegenüber einer Pumpe mit zwei bewegten Rotoren um 1/Anzahl der Innenzähne des Gerotoraußenelements, d.h. im dargestellten Fall auf ein 1/9 der Drehzahl reduziert. Diese Drehzahlreduzierung wirkt sich insbesondere im Betrieb durch einen geringeren Reibungswiderstand gegenüber den stirnseitig abdichtenden Gleitkontakten des Gerotorinnenelements zu den Kammerwänden aus, die ebenfalls eine große Gleitflächenpaarung darstellen.
Somit entfallen nicht nur die Reibungsverluste eines Außenrotors, sondern es werden auch solche aus der Rotation eines Innenrotors gegenüber einem herkömmlichen Aufbau verringert und die Effizienz einer elektrischen Gerotorpumpe im Dauerbetrieb verbessert.
Zwar sind im Stand der Technik einige wenige Ausführungen eines Gerotors mit feststehendem Gerotoraußenelement bekannt. Derartige Gerotortypen weisen jedoch im Allgemeinen einen komplexen Aufbau auf, da aufgrund eines fehlenden Umlaufs der Arbeitskammern eine Vielzahl von Rückschlagventilen bzw. Druckventilen für separate Austritte aus jeder Arbeitskammer erforderlich ist. Daher werden sie überwiegend für hochbelastete hydraulische Systeme spezifisch ausgelegt, bei denen das Erfordernis besteht, einen Rückfluss im Ruhezustand zu verhindern und einen Druck aufrechtzuerhalten.
Vorbeschriebene Pumpen mit komplexerem Aufbau sind aus der DE 44 40 782 A1 und der DE 37 16 960 A1 bekannt, die für einen Antrieb durch eine Verbrennungsmaschine angedacht sind, und Merkmale bezüglich der Wellenlagerung und der Ventiltypen aufweisen, die zur Standfestigkeit bei der Verdrängung unter hohen Drücken ausgelegt sind, jedoch den Gerotortyp für die vorliegende Anwendung der Aufgabenstellung als vergleichsweise zu kostenintensiv disqualifizieren.
Die im Stand der Technik bekannten Konstruktionen eines Gerotors mit feststehendem Gerotoraußenelement haben sich aufgrund des komplexeren Aufbaus 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.
Die Erfindung eröffnet in Abkehr hiervon, eine neue Anwendung eines Gerotors mit feststehendem Gerotoraußenelement mit elektrischem Antrieb in einer unteren Leistungsklasse, in der eine Verlustleistung durch Reibungswiderstände eine erheblich höhere Relevanz einnimmt, und im Rahmen der Wirtschaftlichkeit einer Fertigung großer Stückzahlen, Gegenmaßnahmen wie eine Dimensionierung des Elektromotors oder eine Sensorik stark limitiert sind. Somit wurde erfmdungsgemäß erstmals erkannt, dass trotz Auswahl eines hydraulisch komplexeren Gerotortyps für die Pumpengruppe, dessen Vorteil in Bezug auf die Dimensionierung der Motorbaugruppe überwiegt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der elektrisch angetriebenen Gerotorpumpe, die eine vereinfachende Optimierung des Gerotors an die Leistungsklasse und eine kostengünstigere Herstellung begünstigen, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann der exzentrische Abschnitt der Welle, auf dem das Gerotorinnenelement umlaufend geführt und drehbar gelagert ist, als exzentrischer Fortsatz an einem freien Ende der Welle ausgebildet sein.
Die Erfindung sieht somit erstmals eine einseitige Wellenlagerung an einer umlaufenden Verdrängerpumpe bzw. an einer Gerotorpumpe, insbesondere an einer solchen mit feststehendem Gerotoraußenelement vor. Der erfindungsgemäße Aufbau der Gerotorpumpe schlägt damit eine anwendungsspezifische Optimierung dieses Gerotortyps vor, die einer unteren und mittleren hydraulischen Leistungsklasse bis z.B. 1,5 kW Rechnung trägt.
Darüber hinaus ermöglicht die Konstruktion eine geringere axiale Abmessung des Pumpenaufbaus, die auf der gegenüberliegenden Seite der Wellenlagerung erzielt wird. Nach diesem Prinzip kann daher auch eine Ausführungsform geschaffen werden, bei welcher eine axiale Abmessung des Pumpenaufbaus mit einer stirnseitigen Abgrenzung des Gerotors direkt endet.
Der Wegfall einer zweiten Lagerung des Gerotors geht ferner mit einer geringeren Gesamtzahl an Bauteilen einher, was sich hinsichtlich einer Fertigung großer Stückzahlen in einer Kostenoptimierung bezüglich der Materialkosten, der Arbeitsschritte zur Fertigung der Bauteile sowie dem Montageaufwand derselben und schließlich der erforderlichen Produktionszeit positiv auswirkt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann eine Lagerung der Welle im Gehäuse in einem einzigen axialen Wellenabschnitt angeordnet sein und die Lagerung wenigstens zwei Wälzkörperreihen aufweisen.
Die Wellenlagerung weist zwei axial benachbarte Wälzkörperreihen auf, wodurch Kippmomente zwischen einer links abgebildeten Antriebsseite und einer rechts abgebildeten Pumpenseite aufgenommen und an das Pumpengehäuse abgeleitet werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann eine Verbindungsstrecke zwischen dem Einlass und den kammerbildenden Fußabschnitten der Innenverzahnung des Gerotoraußenelements, durch das freie Ende der Welle, einen Steuerschlitz in dem exzentrischen Fortsatz und eine radiale Verzweigung zu Fußabschnitten der Außenverzahnung in dem Gerotorinnenelement verlaufen.
Durch den Steuerschlitz wird eine geometrisch zwangsgeführte Steuerung bereitgestellt, die eine Verbindungs- und Sperrfunktion zwischen dem Pumpeneinlass und den Arbeitskammern in Abhängigkeit eines Winkelbereichs zunehmender Volumina und eines Winkelbereichs abnehmender Volumina in den Arbeitskammern beiderseits eines Kämmeingriffs bewirkt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann eine Kammerwand ein offenes axiales Ende des Pumpengehäuses abschließen und eine Mündung des Einlasses und des Auslasses aufnehmen.
Bei dieser Ausgestaltung wird eine Bauform mit besonders kurzer axialer Abmessung und geringer Anzahl von Bauteilen geschaffen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Kammerwände an den Stirnflächen, die dem Gerotor zugewandt sind, eine mit regelmäßigem Muster oder unregelmäßig eingebrachte Oberflächenstruktur mit einer Tiefe von vorzugsweise 1 bis 2 µm aufweisen.
Durch das Einbringen einer Mikrostruktur in die Oberfläche der Kammerwände mittels elektro-chemischer Behandlung oder Lasereinstrahlung, werden die tribometrischen Eigenschaften und somit die Effizienz verbessert. Die Mikrostrukturierung bewirkt eine verbesserte Anlagerung der 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.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung, kann das Pumpengehäuse an Innenflächen axiale Abschnitte mit zylindrischen Mantelflächen aufweisen, die fixierende Passungen zu einem zylindrischen Außenumfangsabschnitt einer Wellendichtung, einer Lagerung der Welle, zumindest einer der zwei Kammerwände und des Gerotoraußenelements bereitstellen.
Durch die Bereitstellung von Presspassungen zwischen dem Pumpengehäuse und sämtlichen innenliegenden Komponenten entfallen Dichtungen zwischen denselben sowie Schraubverbindungen bzw. Befestigungsmittel wie Schrauben oder dergleichen.
Diese Gerotorpumpe mit den zuvor genannten Presspassungen kann durch die nachfolgenden Schritte hergestellt werden: Einpressen einer Wellendichtung, einer Wellenlagerung einschließlich der Welle, einer ersten stirnseitigen Kammerwand und des feststehenden Gerotoraußenelements in das Pumpengehäuse in dieser axialen Reihenfolge; ein zwischenzeitliches oder darauffolgendes Aufschieben eines exzentrischen Fortsatzes der Welle in eine eingepresste Lagerung des Gerotorinnenelements; ein Fixieren einer zweiten stirnseitigen Kammerwand in dem Pumpengehäuse durch Einpressen oder Verschweißen; ein zwischenzeitliches oder darauffolgendes Einpressen des anderen Wellenendes in den Motorrotor; ein Einsetzen und Fixieren des Motorstators samt Elektronik und dem Motordeckel.
Durch das Zusammensetzen und Fixieren sämtlicher Bauteile durch Einpressvorgänge entfallen der Fertigungsaufwand zum Schneiden von Gewinden und zum Einbringen von Aufnahmenuten für Dichtungen sowie der Montageaufwand für Schraubverbindungen, Schrauben und Dichtungen. Bei einer Auslegung der Gerotorpumpe für eine untere Leistungsklasse kann die Festigkeit und Abdichtung einer Presspassung an einer auslassseitigen Kammerwand oder einem auslassseitigen Pumpendeckel ausreichend sein. Im Falle einer Auslegung der Gerotorpumpe für mittlere Leistungsklassen, wie z.B. von 20 bis 150 bar, kann es erforderlich sein, eine andere Verbindungstechnik, wie eine Schweißverbindung, zwischen dem Pumpengehäuse und einer auslassseitigen Kammerwand als Pumpendeckel anzuwenden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In diesen zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Gerotorpumpe; und
Fig. 2: einen Querschnitt durch den Gerotor, der einer Schnittebene A aus Fig. 1 entnommen ist.

Nachstehend wird der Aufbau der erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Gerotorpumpe mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 beschrieben.
Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, umfasst das Pumpengehäuse 1 einen radial innenliegenden Gehäuseabschnitt, der zu einer axialen Seite geöffnet ist, und einen radial außenliegenden Gehäuseabschnitt, der zu der anderen axialen Seite geöffnet ist. In dem innenliegenden Gehäuseabschnitt sind eine Wellendichtung 12, eine Welle 2 mit Lagerung 21 sowie der Gerotor 3 und die Kammerwände 13a, 13b aufgenommen. In dem außenliegenden Gehäuseabschnitt ist der elektrische Antrieb 5 mit dem Stator 51, einer Motorelektronik 50 und dem Motorrotor 52 aufgenommen.
Der Motorrotor ist mit einem Endabschnitt der Welle 2, der dem Gerotor 3 gegenüberliegt, verbunden und übergreift axial den innenliegenden Gehäuseabschnitt zur Wellenmitte hin bzw. umgibt diesen radial. Der Motorstator 51 ist um den Motorrotor 52 gegen eine Innenfläche der Außenwand des außenliegenden Gehäuseteils an dem Pumpengehäuse 1 fixiert. Ein offenes antriebsseitiges Ende des Pumpengehäuses 1 wird durch einen Motordeckel 15 abgeschlossen, in dem die Motorelektronik 50 mit einer Schaltungsplatine, einer Leistungselektronik mit Leistungszufuhranschlüssen und einer Pumpen-ECU eingebettet ist.
An einem axialen Abschnitt der Welle 2, der in dem Pumpengehäuses 1 aufgenommen ist, ist eine Wellenlagerung 21 zwischen dem Wellenumfang und einer inneren Mantelfläche des innenliegenden Gehäuseabschnitt angeordnet. Die Wellenlagerung 21 entspricht dem Typ einer Wasserpumpenlagerung, die aus dem Einsatz an Kreiselpumpen bekannt ist. Die Wellenlagerung 21 umfasst zwei axial benachbarte Wälzkörperreihen 20a und 20b. Eine Wälzkörperreihe 20a mit kugelförmigen Wälzkörpern, die zwischen zwei gegenüberliegenden gerundeten Nuten in der Welle 2 und dem Mantel der Lagerung 21 umlaufend geführt sind, nimmt radiale und axiale Kräfte an der Welle 2 auf. Eine Wälzkörperreihe 20b mit zylindrischen Wälzkörpern, wie sie einem Nadellager entsprechen, nimmt radiale Kräfte auf und stellt trotz geringer axialer Distanz der Lagerungspositionen eine ausreichende Aufnahme von Kippmomenten an der Wellenachse sicher.
An einem freien Ende der Welle 2 hinter dem Wellenlager 21 erstreckt sich in axialer Richtung weiter in das Pumpengehäuse 1 hinein ein exzentrischer Wellenfortsatz 23, der einen kleineren Kreisumfang als den Wellenumfang aufweist und dessen Mittelachse des Kreisumfangs zu einer Wellenachse exzentrisch versetzt ist. In einem axialen Erstreckungsabschnitt des Wellenfortsatzes 23 ist zwischen demselben und dem Pumpengehäuse 1 die Baugruppe des Gerotors 3 aufgenommen.
Der Gerotor 3 umfasst ein Gerotoraußenelement 31 und ein Gerotorinnenelement 30. Das Gerotoraußenelement 31 ist feststehend in einer inneren Mantelfläche eines Flanschabschnitts des Pumpengehäuses 1 fixiert und weist eine Innenverzahnung 33a auf. Innerhalb des Gerotoraußenelements 31 ist das Gerotorinnenelement 30, das eine Außenverzahnung 33b aufweist, auf dem exzentrischen Wellenfortsatz 23 angeordnet. Das Gerotorinnenelement 30 ist durch ein Gleitlager auf dem exzentrischen Wellenfortsatz 23 drehbar gelagert und wird bei einer Drehung der Welle 2 durch den exzentrischen Versatz des Wellenfortsatzes 23 zu der Wellenachse, d.h. Drehachse der Welle 2 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.
Der Gerotor 3 ist axial durch zwei Kammerwände 13a und 13b eingegrenzt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. In einem radialen Bereich des feststehenden Gerotoraußenelements 31, in dem sich die sichelförmigen Arbeitskammern der Innenverzahnung 33a befinden, stehen die Kammerwände 13a und 13b mit den Stirnflächen des Gerotoraußenelements 31 in einem feststehenden Flächenkontakt. Zugleich stehen die Kammerwände 13a und 13b 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 eingeschlossen.
Auf der exzentrisch geführten Kreisbahn des Gerotorinnenelements 30 erfolgt eine Abrollbewegung desselben anhand der Außenverzahnung 33b. 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.
Entlang einer Drehachse der Welle 2 verläuft eine Einlassbohrung, die sich als Sackbohrung durch die Kammerwand 13b in den exzentrischen Fortsatz 23 der Welle 2 erstreckt und zugleich den Einlass 14 der Pumpe bildet. Wie aus unterschiedlichen Perspektiven in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, weist der exzentrischen Fortsatz 23 einen Steuerschlitz 24 auf, der innerhalb eines axialen Abschnitts des Gerotorinnenelements 30 ein Kreisbogensegment aus dem Umfang des exzentrischen Fortsatzes 23 bis in die Einlassbohrung hinein ausnimmt. In dem Gerotorinnenelement 30 ist eine radiale Verzweigung von Eintrittskanälen 34 ausgebildet, die zwischen einer Schnittstelle des umlaufenden Steuerschlitzes 24 und den Fußabschnitten der Außenverzahnung 33b verlaufen.
Ein Drehwinkelbereich, zu dem der Steuerschlitz 24 ausgenommen bzw. geöffnet ist, ist an dem exzentrischen Fortsatz 23 zu derjenigen Seite des Kämmeingriffs gerichtet, auf der die Volumina der sichelförmigen Arbeitskammern in der Innenverzahnung 33a zunehmen, d.h. auf einer rückwärtigen Seite zur Umlaufrichtung des exzentrischen Fortsatzes 23. Somit wird durch den Steuerschlitz 24 eine Befüllung der Arbeitskammern derart gesteuert, dass stets diejenigen Arbeitskammern über einen zugeordneten Eintrittskanal 34 mit dem Einlass 14 der Pumpe verbunden werden, deren Volumina nach dem Kämmeingriff wieder zunehmen. Andererseits ist eine Erstreckung des Drehwinkelbereichs des Steuerschlitzes 24 so gewählt, dass eine Verbindung zwischen dem Einlass 14 und solchen Eintrittskanälen 34, die Arbeitskammern mit abnehmenden Volumina vor und in dem Kämmeingriff zugeordnet sind, gesperrt wird.
Zur radial gegenüberliegenden Seite der Arbeitskammern sind Austrittskanäle in Form von radialen Öffnungsschlitzen 41 in dem feststehenden Gerotoraußenelement 31 ausgebildet, die aus den Fußpunkten der Innenverzahnung 33a austreten. Die Öffnungsschlitze 41 sind Bestandteil einer Mehrzahl von Rückschlagventilen bzw. Druckventilen, deren Anzahl derjenigen der Arbeitskammern der Innenverzahnung 33a entspricht. Die Druckventile werden durch die Öffnungsschlitze 41 und mehreren federelastischen Blechbiegeteilen 40 gebildet. Ein Blechbiegeteil 40 deckt hierbei die auslassseitige Mündung der Öffnungsschlitze 41 ab und kann durch einen vorbestimmten Druck in jedem Öffnungsschlitz 41 aus einer Auflageposition über der Mündung zurückgedrängt werden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weisen die Blechbiegeteilen 40 einen Querschnitt mit einem Wendeabschnitt zur Bildung einer doppellagigen Spangenform auf. Genau genommen, weisen die Blechbiegeteile 40 ferner im Querschnitt eine Ausbauchung in einer Blechlage auf, um eine Beabstandung der freien Enden der doppellagigen Spangenform zu schaffen, die eine elastische Vorspannung entsprechend einem Biegebalken bzw. Cantilevers gegen die Austrittsmündung eines Öffnungsschlitzes 41 bewirkt. Jedes Blechbiegeteil 40 deckt im Bereich der freien Enden, d.h. gegenüberliegend von dem Wendeabschnitt, jeweils einen Öffnungsschlitz 41 ab und ist in einer ringförmigen Austrittskammer 17 federnd eingespreizt. Darüber hinaus sind die Blechbiegeteile 40 anhand eines formschlüssigen Eingriffs zwischen einer Erhebung des Wendeabschnitts und einer entsprechenden Ausnehmung im Umfang des Gerotoraußenelements 31 gegen eine Umspülung des hydraulischen Mediums in Umfangsrichtung fixiert.
Die ringförmige Austrittskammer 17 wird durch einen Außenumfang oder eine Umfangsstufe des Gerotoraußenelements 31 und einen inneren Mantelabschnitt des Pumpengehäuses 1, oder eines hierfür zugeordneten Ringabschnitts des Gerotoraußenelements 31 gebildet, und dient dazu, die umlaufend austretenden Verdrängungsströme zu sammeln und einer Öffnung des Pumpenauslasses 16 zu zuführen. Die Kammerwand 13b nimmt sowohl den Pumpenauslass 16 als auch den Pumpeneinlass 14 auf.
Wie aus den Figuren 1 und 2 nachvollziehbar ist, kann der gesamte Pumpenaufbau ohne eine Schraubverbindung realisiert werden. Hierzu werden die einzelnen Komponenten durch die beiden gegenüberliegenden offenen Seiten des Pumpengehäuses 1 in axialer Reihenfolge von der Wellendichtung 12, über die Welle 2 samt Wellenlager 21, die Kammerwand 13a und das Gerotoraußenelement 31 mit den Biegeblechteilen 40 in den innenliegenden Gehäuseabschnitt des Pumpengehäuses 1 eingepresst, das hierfür entsprechend maßhaltige Presspassungen durch abgestufte zylindrische Mantelinnenflächen bereitstellt. Außerdem wird das Gerotorinnenelement 30 samt eingepresstem Gleitlager auf den exzentrischen Wellenfortsatz 23 aufgeschoben. Danach wird die Kammerwand 13b je nach Auslegung des Druckbereichs der Pumpe eingepresst oder verschweißt. Währenddessen oder danach wird auf der gegenüberliegenden Seite, ein aus dem innenliegenden Gehäuseabschnitt hervortretender Abschnitt der Welle 2 in den Motorrotor 52 eingepresst, und der Motorstator 51 samt Motorelektronik 50 sowie der Motordeckel 15 in den außenliegenden Gehäuseabschnitt des Pumpengehäuses 1 eingeschoben und fixiert.

Claims

Elektrisch angetriebene Gerotorpumpe, aufweisend:
ein Pumpengehäuse (1), in dem eine Welle (2) drehbar gelagert ist, und in dem ein Gerotor (3), ein Einlass (14) und ein Auslass (16) aufgenommen sind;

einen elektrischen Antrieb (5) mit einem Motorstator (51) und einem Motorrotor (52), der mit der Welle (2) verbunden ist und den Gerotor (3) rotatorisch antreibt;

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gerotor (3) ein feststehendes Gerotoraußenelement (31) mit einer Innenverzahnung (33a), das durch zwei Kammerwände (13a, 13b) axial eingegrenzt ist, wobei jedem kammerbildenden Fußabschnitt der Innenverzahnung (33a) ein Druckventil zugeordnet ist, das mit dem Auslass (16) in Verbindung steht; und

ein Gerotorinnenelement (30) mit einer Außenverzahnung (33b), das auf einem exzentrischen Abschnitt der Welle (2) in dem Gerotoraußenelement (31) umlaufend geführt und drehbar gelagert ist, sodass es in einem Kämmeingriff mit der Innenverzahnung (33a) steht; umfasst; wobei

die Druckventile durch radiale Öffnungsschlitze (41) im Gerotoraußenelement (31) gebildet werden, die durch spangenförmige Blechbiegeteile (40) mit einem Wendeabschnitt, zu einer ringförmigen Auslasskammer (17) um das Gerotoraußenelement (31) abgedeckt sind.
Elektrisch angetriebene Gerotorpumpe nach Anspruch 1, wobei
der exzentrische Abschnitt der Welle, auf dem das Gerotorinnenelement (30) umlaufend geführt und drehbar gelagert ist, als exzentrischer Fortsatz (23) an einem freien Ende der Welle (2) ausgebildet ist.
Elektrisch angetriebene Gerotorpumpe nach Anspruch 2, wobei
eine Lagerung (21) der Welle (2) im Gehäuse (1) in einem einzigen axialen Wellenabschnitt angeordnet ist und die Lagerung (21) wenigstens zwei Wälzkörperreihen (20) aufweist.
Elektrisch angetriebene Gerotorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
eine Verbindungsstrecke zwischen dem Einlass (14) und den kammerbildenden Fußabschnitten der Innenverzahnung (33a) des Gerotoraußenelements (31) durch
das freie Ende der Welle (2), einen Steuerschlitz (24) in dem exzentrischen Fortsatz (23) und eine radiale Verzweigung zu Fußabschnitten der Außenverzahnung (33b) in dem Gerotorinnenelement (30) verläuft.
Elektrisch angetriebene Gerotorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
eine Kammerwand (13b) ein offenes axiales Ende des Pumpengehäuses (1) abschließt und eine Mündung des Einlasses (14) und des Auslasses (16) aufnimmt.
Elektrisch angetriebene Gerotorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Kammerwände (13a, 13b) an den Stirnflächen, die dem Gerotor (3) zugewandt sind, eine mit regelmäßigem Muster oder unregelmäßig eingebrachte Oberflächenstruktur mit einer Tiefe von vorzugsweise 1 bis 2 µm aufweisen.
Elektrisch angetriebene Gerotorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
das Pumpengehäuse (1) an Innenflächen axiale Abschnitte mit zylindrischen Mantelflächen aufweist, die fixierende Passungen zu einem zylindrischen Außenumfangsabschnitt einer Wellendichtung (12), einer Lagerung (21) der Welle (2), zumindest einer der zwei Kammerwände (13a, 13b) und des Gerotoraußenelements (31) bereitstellen.