ES2642049T3 - Bomba de paletas - Google Patents

Description

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Bomba de paletas Descripcion

Campo de la invencion

[0001] La invencion se refiere a una bomba de paletas, y mas particularmente, a una bomba de paletas que tiene un rotor que tiene una posicion que se controla axialmente entre paredes de la cavidad de carcasa y un eje acoplado con el rotor.

Antecedentes de la invencion

[0002] Las bombas son componentes de ingeniena cortados utilizados en una variedad de aplicaciones para transferir fluido. Estan disponibles en una amplia gama de tamanos y capacidades para adaptarse a aplicaciones particulares. Una aplicacion tfpica es la de suministrar aceite lubricante en un motor de automovil. Las bombas de paletas se usan ampliamente en aplicaciones de bombeo de petroleo y aceite de transmision. Las bombas de paletas comprenden alabes acoplados de manera deslizable con un rotor. Las paletas se desplazan radialmente en el rotor mientras que tambien se deslizan a lo largo de la superficie interna de una cavidad excentrica en una carcasa de bomba.

[0003] En las aplicaciones de aceite de motor el funcionamiento fiable de la bomba es de suma importancia para evitar el fallo catastrofico del motor. Por otro lado, se requiere una reduccion en el costo, el peso y los requerimientos energeticos de la bomba para cumplir con los objetivos del fabricante del automovil.

[0004] Convencionalmente, bombas tienen un rotor soportado dentro de una carcasa en un par de cojinetes. Los cojinetes estan situados en paredes opuestas de la carcasa y el rotor tiene un eje integral soportado en dichos cojinetes. Normalmente, el eje es ajustado a presion en el rotor, lo que puede provocar que se imponga un esfuerzo significativo al rotor. Este arreglo puede requerir un material exotico para soportar las tensiones causadas por el ajuste a presion mientras que se asegura la transmision de par a temperaturas fnas. Tambien requiere una alineacion cuidadosa de los cojinetes que estan situados en carcasas independientes de la bomba para permitir que el eje sea girado libremente dentro de los cojinetes. Cualquier desalineacion en los cojinetes puede hacer que el rotor se incline dentro de la carcasa, causando un desgaste prematuro y/o una holgura aumentada o disminuida con la consecuente perdida de eficiencia o arrastre mecanico. De forma similar, el desalineamiento de los cojinetes impone cargas laterales sobre el eje que inhibe la rotacion y aumenta el par requerido para accionar la bomba y por lo tanto un aumento en el consumo de combustible cuando se usa en un entorno de automovil. Como tal, las bombas convencionales no satisfacen facilmente los requisitos cada vez mas estrictos para una eficacia mejorada y unos costes mas bajos.

[0005] Representante de la tecnica es la patente de EE.UU. N° 5 964 584 describe una bomba de paletas para lfquidos que comprende un rotor ranurado soportado en un estator, en el que se disponen paletas deslizantes desplazables radialmente, que pueden ser presionadas de forma deslizante mientras que son sometidas a accion mediante fuerza centnfuga, tension de resorte u otra fuerza de compresion contra un estator, en dichas celulas de suministro de proceso se forman que se dilatan o se estrechan en forma de media luna y la entrada del lfquido tiene lugar a traves de un estator concentrico hueco y el llenado de las celulas de paletas desde el interior hasta el exterior. El rotor es sin eje y de construccion tubular, ambos lados se extienden mas alla del area de operacion determinada por las paletas y el rotor esta soportado con las extensiones en el estator exterior, mientras que el rotor posee ranuras de paletas continuas desde el diametro interno al diametro externo. En el area de las extensiones del rotor, el bastidor del estator posee sobre su superficie superficies eficaces hidraulicas sobre las que actua la presion operativa y/o la presion aliviada dirigida contra el rotor para la compensacion o la evitacion al menos parcial de las fuerzas radiales que ocurren. El documento US2005/0214153 describe una bomba de paletas rotativas que tiene las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1 de la presente invencion. Lo que se necesita es una bomba de paletas que tiene un rotor que tiene una posicion que esta controlada axialmente entre las paredes de la cavidad de la caja y un eje acoplado con el rotor. La presente invencion satisface esta necesidad.

Resumen de la invencion

[0006] El aspecto principal de la invencion consiste en proporcionar una bomba de paletas que tiene un rotor que tiene una posicion que esta controlado axialmente entre paredes de la cavidad de carcasa y un eje acoplado con el rotor.

[0007] Otros aspectos de la invencion seran senalados o se haran obvios mediante la siguiente descripcion de la invencion y los dibujos adjuntos.

[0008] La invencion comprende una bomba de paletas que comprende una carcasa, un rotor dispuesto en la caja, teniendo el rotor un orificio, una pluralidad de paletas que son radialmente moviles con respecto al rotor y se extienden desde el rotor, un eje de accionamiento acoplado con un segundo eje conectado de forma fija a la carcasa

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y que se extiende desde la carcasa para encajar de forma deslizante en el agujero, extendiendose un terreno desde cada extremo del rotor, cooperando cada terreno con la carcasa para sellar un flujo de fluido y la posicion del rotor dentro de la carcasa mediante un acoplamiento deslizante y el eje de accionamiento que puede retenerse en una posicion predeterminada con respecto a la carcasa.

Breve descripcion de los dibujos

[0009] Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y forman una parte de la especificacion, ilustran realizaciones preferidas de la presente invencion, y hunto con una descripcion, sirven para explicar los principios de la invencion.

La figura 1 es una vista en seccion transversal de la bomba de paletas instalada en un motor de combustion interna.

La figura 2 es un detalle en seccion transversal de la bomba de paletas mostrada en la figura 1.

La figura 3 es una vista en perspectiva de un rotor utilizado en la bomba de paletas.

La figura 4 es un detalle en seccion transversal de la bomba de paletas mostrada en la figura 1.

La figura 5 es una vista en perspectiva del eje.

La figura 6 es una vista en planta de la conexion entre el eje y el rotor.

La figura 7 es un detalle de la Figura 6.

La figura 8 es una vista en despiece ordenado de la bomba.

Descripcion detallada de la realizacion preferida

[0010] La Figura 1 es una vista en seccion transversal de la bomba de paletas instalada en un motor de combustion interna. La bomba 10 esta montada en un bloque de motor B. La bomba 10 suministra aceite desde una salida 12 a galenas de aceite internas G. El aceite se suministra desde un sumidero S a la succion de la bomba, en la entrada 14.

[0011] La bomba 10 es accionada por el eje de unidad 90. El eje de accionamiento 90 esta conectado a un arbol de levas (no mostrado) o a una toma de fuerza de motor similar. Los detalles del motor no forman parte de la invencion y el suministro de aceite a la bomba y el suministro de aceite de la bomba 10 es por requerimientos del motor.

[0012] Un sello hidraulico conocido en la tecnica esta dispuesto entre el eje 90 y la superficie de porcion de carcasa 22.

[0013] La figura 2 es un detalle en seccion transversal de la bomba de paletas mostrada en la figura 1. Haciendo referencia a la Fig. 1 y la Fig. 2, el eje 46 se ajusta a presion en la carcasa 30. Para proporcionar la superficie de apoyo necesario, el eje 46 se extiende hacia el rotor 60 aproximadamente del 50% al 90% de la distancia entre las paredes interiores 34, 38. Las paredes 34, 38 son sustancialmente planas y paralelas entre sf, definiendo de este modo lados opuestos de la cavidad 18. En la realizacion preferida, el eje se extiende en exceso de aproximadamente el 75% de la distancia entre las paredes 34, 38.

[0014] El rotor 60 esta situado dentro de la cavidad 18. La cavidad 18 se forma entre las partes de carcasa 20 y 30.

[0015] El rotor 60 es tipicamente un componente de metal en polvo como se muestra en la Figura 3. El rotor 60 tambien puede fabricarse de palanquilla o fundido con igual rendimiento. El rotor 60 es generalmente cilmdrico con una serie de ranuras radiales 62, vease la figura 3. Cada ranura 62 recibe cooperante y deslizantemente una paleta 64. Las paletas 64 se acoplan de forma deslizante con la pared periferica 36 de la cavidad 18. El rotor 60 esta formado con una tierra periferica radialmente externa 74 y una porcion periferica radialmente interior 76 que se extiende alrededor del taladro 70 en ambos extremos.

[0016] El rotor 60 comprende ademas un orificio 70 que recibe un casquillo 78. El casquillo 78 se ajusta a presion en el taladro 70. El casquillo 78 proporciona una superficie de apoyo para la rotacion del rotor 60 en el eje 46. El casquillo 78 es tfpicamente un metal que es un ajuste deslizante cercano en el eje 46. En una realizacion alternativa, el casquillo 78 puede omitirse. En la realizacion alternativa en la que se omite el casquillo 78, el arbol 46 tiene un ajuste deslizante dentro del agujero 70, permitiendo asf que el rotor 60 gire sobre el eje 46. Puede ocurrir un cierto movimiento lateral menor del rotor 60 con respecto al eje 46 sin afectar negativamente al funcionamiento de la bomba.

[0017] Un extremo de taladro 70 se forma en la forma de un hexagono interior 86. El conector 86 comprende un

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ajuste apretado en un eje de accionamiento 90. El eje 90 sobresale a traves de una abertura 21 en la carcasa 20. Se obtiene preferentemente el cierre de contacto a lo largo de cada uno de los flancos del eje de accionamiento hexagonal. Esto aumenta las capacidades de transmision del par de torsion de la conexion al eje de accionamiento, permitiendo asf un conector mas corto para un par deseado.

[0018] Para ensamblar la bomba 10, el eje 46 se presiona dentro del taladro 50 en la carcasa 30. El casquillo 78 es encajado a presion en el rotor 60. El rotor 60 y el casquillo 78 a continuacion, se deslizan sobre el eje 46. El extremo 47 del eje 46 es adyacente a, pero no contacta con el resalte 87 en la interseccion del receptaculo 86 y el orificio 70. Esta caractenstica situa el rotor 60 radialmente sobre el eje 46. El estuche 20 se fija entonces al estuche 30 usando los tornillos 40. El eje de transmision 90 se inserta en la abertura 21 y en el casquillo 86.

[0019] En funcionamiento, la rotacion del rotor 60 por el eje de accionamiento 90 hace que el fluido se desplace desde la entrada 14 a la salida 12 por el movimiento de las paletas 64. Las tierras perifericas 74, 76 en el extremo opuesto se enfrentan al rotor 60 y proporcionan juntas dinamicas entre los extremos del rotor 60 y la cavidad 18, inhibiendo asf las fugas mas alla de las paredes extremas 34, 38, lo que mejora la eficiencia hidraulica. Las tierras 74, 76 eliminan la necesidad de sellos secundarios separados. Cada terreno 74, 76 se situa axialmente y controla la posicion del rotor dentro de la cavidad 18 durante el funcionamiento. La direccion "axial" es paralela al eje de rotacion del rotor. Debe observarse que el eje 90 transmite solamente el par al rotor, y no sirve como un medio para localizar y posicionar el rotor 60 dentro de la cavidad 18. Esta funcion es realizada por las partes 74, 76 y el eje 46. Se observara que se utiliza un unico casquillo sobre la superficie del eje 46 de manera que no se requiere la alineacion de los cojinetes espaciados. Ademas, la provision del casquillo 78 acoplado con el eje 46 permite que el rotor "flote" en la cavidad 18, lo que permite al rotor encontrar un equilibrio natural durante el funcionamiento dentro de la cavidad. Esto a su vez permite que el espacio libre entre en las paredes extremas 34, 38 definiendo la cavidad 18 que se reduzca adicionalmente en comparacion con el uso de un par de cojinetes en cada extremo de un eje, aumentando de nuevo el rendimiento hidraulico. Dicho de otra manera, el rotor 60 es similar a un "cojinete" cuando gira y flota entre las paredes 34, 38.

[0020] El uso de un hexagono interior 86 en el rotor 60 evita la necesidad de tratamiento termico del rotor 60 para evitar "redondear" el zocalo. El ajuste deslizante simple del rotor 60 sobre el eje 46 evita tambien la necesidad de materiales exoticos necesarios para que el rotor resista el ajuste a presion de una disposicion de arbol convencional.

[0021] La disposicion de la bomba descrita anteriormente elimina la desalineacion potencial de un par de cojinetes que puede ser utilizado convencionalmente, lo que facilita la fabricacion y el montaje. Aunque las holguras son mas estrictas, la disposicion instantanea se adapta facilmente a un rango de temperatura normal de funcionamiento del motor de aproximadamente -40°C a +130°C, manteniendo al mismo tiempo las tolerancias reducidas. La bomba de la invencion puede conseguir una reduccion del par de accionamiento en el intervalo de aproximadamente 5% a 10% en comparacion con las disposiciones convencionales.

[0022] La figura 3 es una vista en perspectiva de un rotor utilizado en la bomba de paletas. El rotor 60 comprende el receptaculo 86 y las ranuras radiales 62. Cada ranura radial 62 recibe deslizantemente una paleta 64, vease la figura 2. Cada paleta 64 se mueve libremente dentro de cada ranura 62, mientras que el movimiento esta limitado por las superficies internas del estuche 20 y carcasa 30. Las tierras 74, 76 estan dispuestas alrededor de una circunferencia del rotor 60.

[0023] En la realizacion preferida, el rotor 60 comprende un metal en polvo o compacto de aleacion. Esto permite que el diseno innovador aproveche la geometna "como presionada" para el rotor. El compacto de rotor verde se sinteriza a continuacion usando metodos conocidos. Por consiguiente, el rotor solo requiere un acabado superficial menor para las distancias de funcionamiento finales.

[0024] La figura 4 es un detalle en seccion transversal de la bomba de paletas mostrada en la Figura 1. El eje de accionamiento se acopla a la abertura 21 con un ajuste flojo que tiene un espacio libre relativamente grande entre el eje 90 y la superficie interior 22 de la abertura 21, por ejemplo, de aproximadamente 1 a 3 mm. El eje de accionamiento 90 esta fijado de forma suelta en la carcasa 20 por medio de una ranura circunferencial (caractenstica de superficie) 94 en el eje 90. El anillo elastico 98 esta dispuesto en una ranura circunferencial (superficie) 100 dentro de la carcasa 20. La ranura 100 es suficiente de profundidad para permitir que el anillo 98 se expanda cuando el eje 90 esta insertado.

[0025] Una vez que el eje 90 se inserta a traves de la abertura 21, el anillo 98 se acopla con la ranura 94. El diametro "D" de anillo 98 excede el espacio de separacion radial "RG". Esto inhibe el movimiento axial adicional hacia el eje 90 con respecto a la carcasa 20, reteniendo asf mecanicamente el eje en la carcasa y evitando la perdida de acoplamiento del eje 90 con el casquillo 86 en el rotor 60 durante el transporte. Se observara que el eje 90 puede girar libremente en la carcasa 20 con un movimiento axial limitado para acomodar la conexion al motor y asegurar ninguna interferencia o contacto con el eje 46 una vez que la bomba este completamente instalada.

[0026] La Figura 5 es una vista en perspectiva del eje. El casquillo 78 se muestra enganchado con el eje 46. El rotor 60 se omite desde esta vista. El eje 46 esta ajustado a presion en la carcasa 30.

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[0027] La Figura 6 es una vista en planta de la conexion entre el eje y el rotor. El casquillo hexagonal 86 se acopla con el eje de accionamiento 90. El eje 90 tiene una forma hexagonal que comprende seis planos 901. Cada uno de los seis lados del casquillo 86 esta dividido en el punto medio y angulado con respecto al eje 90 por el angulo "B". El angulo "B" entre las superficies adyacentes 861 y 862 esta en el intervalo de aproximadamente +0° a aproximadamente 15°. Por lo tanto, el receptaculo hexagonal 86 comprende seis pares de superficies adyacentes 861 y 862. Las superficies 861 dispuestas opuestas entre sf a traves del receptaculo estan separadas por la dimension "A". La dimension "A" tambien se aplica a superficies opuestas 862.

[0028] El espacio entre el zocalo 86 y el eje 90 se compensa con el angulo "B" para proporcionar un contacto de area en lugar de un contacto de lmea entre el eje 90 y el zocalo 86, vease la figura 7. El contacto de area aumenta el par que puede ser transmitido antes de alcanzarse el lfmite de estres de material. Esto es una mejora con respecto a la tecnica anterior que ensena un simple contacto lineal entre las esquinas del eje 90 y el casquillo hexagonal 86 que puede ser causado por variaciones de fabricacion.

[0029] La Figura 7 es un detalle de la figura 6. La superficie 901 esta en el area de contacto con la superficie 862.

[0030] La figura 8 es una vista en despiece de la bomba. El rotor 60 y la corredera 120 estan dispuestos dentro de la carcasa 30 y la carcasa 20. La corredera 120 comprende la superficie interior 121. Un borde externo de cada paleta 64 se acopla de forma deslizante a la superficie interior 121. La superficie interior 121 es cilmdrica, pero la forma de la superficie puede ser ligeramente distorsionada para adaptarse a geometnas de diseno, por ejemplo a una forma ovalada o en forma de huevo. El pivote 18 se acopla al reten 124 y al reten 125. La corredera 120 gira alrededor del pivote 18 durante el funcionamiento. La ranura 122 recibe el miembro de sellado 240 para sellar una presion de fluido dentro de la camara 23. El miembro de sellado 240 puede comprender cualquier material que tenga una compatibilidad adecuada con el fluido de la bomba de aceite, por ejemplo, cauchos sinteticos y/o naturales. El muelle 310 se apoya sobre el elemento 311 y la superficie 128. La presion de aceite aplicada a la camara 23 desde un motor se utiliza para ajustar una posicion de la corredera 120 dentro de la carcasa 20. La presion de aceite se aplica a una superficie 312 para impartir una fuerza contra la fuerza del resorte 310, ajustando de este modo la salida de la bomba ajustando la posicion de la corredera 120 dentro de la bomba. Los anillos 641 y 642 controlan la posicion radial de cada paleta 64 cuando gira el rotor. Las bombas de aceite que tienen un elemento movil 120 son conocidas en la tecnica.

[0031] El uso de la bomba de la invencion no se limita a aceite de bombas que tienen una corredera movil 120 como se describe en la Fig. 8. La disposicion de bomba segun la invencion y del rotor tambien se pueden usar en una bomba que no comprende un miembro de corredera movil 120, a saber, una bomba que comprende un miembro no movil 120.

[0032] Aunque una forma de la invencion se ha descrito en el presente documento, sera obvio para los expertos en la tecnica que pueden hacerse variaciones en la construccion y relacion de las partes sin apartarse del esprntu y alcance de la invencion descrita en el presente documento.

Claims (7)

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   Reivindicaciones

   1. Una bomba de paletas (10) que comprende:

   una carcasa (30);

   un rotor (60) dispuesto en la carcasa (30), teniendo el rotor un orificio (70);

   una pluralidad de aletas (64) radialmente desplazables con respecto al rotor (60) se extienden desde el rotor

   (60);

   un eje de accionamiento (90) acoplado con el orificio (70); un segundo eje (46) conectado de forma fija a la caja (30) y que se extiende desde la carcasa (30) para acoplarse de forma deslizante con el taladro (70), el eje de accionamiento (90) retenible en una posicion predeterminada con respecto a la caja (30), caracterizado por una tierra (74, 76) que se extiende desde cada extremo del rotor (60), cooperando cada tierra (74, 76) con la carcasa (30) para sellar un flujo de fluido, y cada tierra (74, 76) que controla axialmente adicionalmente una posicion del rotor dentro de la carcasa (30) mediante un acoplamiento deslizante.
2. 2. La bomba de paletas segun la reivindicacion 1, en la que el rotor comprende ademas un casquillo para acoplar el segundo eje.
3. 3. La bomba de paletas segun la reivindicacion 1, en la que el eje de accionamiento se acopla a un casquillo hexagonal en el taladro.
4. 4. La bomba de paletas segun la reivindicacion 1, en la que el eje de accionamiento comprende una primera caractenstica de superficie y la carcasa comprende una segunda caractenstica de superficie dispuesta de forma cooperativa con la primera caractenstica de superficie, un miembro de retencion cooperante con la primera caractenstica de superficie y la segunda caractenstica de superficie para retener el arbol de transmision en la carcasa.
5. 5. La bomba de paletas segun la reivindicacion 1, que comprende ademas una segunda tierra que se extiende desde cada extremo del rotor, cooperando la segunda porcion con la carcasa para sellar un flujo de fluido.
6. 6. La bomba de paletas segun la reivindicacion 1, en la que el agujero comprende ademas al menos un par de superficies adyacentes para acoplar el arbol de accionamiento, teniendo las superficies adyacentes un angulo (B) entre ellas.
7. 7. La bomba de paletas segun la reivindicacion 6, en la que el angulo (B) esta en el intervalo de aproximadamente +0° a aproximadamente 15°.