WO2005019650A1 - Volumenstromvariable rotorpumpe - Google Patents

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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F04C14/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
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    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/20—Flow

Definitions

  • the invention relates to a variable-volume rotor pump according to the preamble of claim 1.
  • Rotor pumps in the form of gerotor pumps or so-called gerotor pumps are known in various forms. In principle, these are positive displacement pumps with an outer rotor that carries internal teeth and an inner rotor that is eccentrically accommodated in the outer rotor and supports external teeth.
  • the tooth shape is described by the geometry of a trochoid curve and is designed in such a way that all tooth heads of the driven inner rotor form sealing gaps with the inner contour of the outer rotor at every point in time of a revolution.
  • a volumetric flow variable gerotor pump in which a disk-shaped adjusting member is provided, which changes the displacement volume (displacement chamber) in connection with an adjusting ring.
  • a gerotor pump with a variable delivery rate is known from the company SH (Schwäbische Wenntenwerke)
  • SH Korean University Press
  • the inner and outer rotors are arranged in an adjusting ring which can be pivoted and thereby rolls in a toothing in the pump housing.
  • the adjusting ring determines the angular position of the eccentricity axis of the gear rotor set of the pump in relation to the kidney contour.
  • the delivery volume is regulated via this eccentric position.
  • a further type of gerotor pump is known from US Pat. No. 5,722,815, which has three outputs on the pressure side. This makes it possible to generate several pressure circuits of different levels from one pump or to operate the pressure circuits at the same level, but to switch them off one after the other with increasing speed and thus roughly adjust the characteristic curve.
  • gerotor pumps have a relatively low volumetric efficiency, especially at high pressures and / or low viscosities of the pumped medium and at low speeds.
  • the gerotor pump is mainly used as a cooling or lubricating oil pump, i.e. H. at maximum pressures of approx. 6 bar.
  • This object is solved by the features of claim 1.
  • a fine toothing is superimposed on the inner and outer toothing of the rotor set, the inner toothing of the outer rotor being formed by finely toothed planetary rotors.
  • This has the advantage that the sealing effect between the individual displacement chambers is improved as a result of the simultaneous engagement of several teeth, which act like a labyrinth seal.
  • the advantage of improved volumetric efficiency is also achieved.
  • the volumetric flow variable gerotor pump can also be used for higher pressures up to 20 or even 80 bar and thus for new areas of application. So-called sickle gear pumps are already available for these pressures, but the known pumps are considerably less favorable in terms of construction volume and manufacturing costs than the volume flow variable high-pressure gerotor pump according to the invention.
  • the single figure shows a rotor pump 1 with a pump housing 2, which has a suction connection 3 indicated by dashed lines and a pressure connection 4 also indicated by dashed lines.
  • the pump housing 2 has an internal toothing 5 in which an adjusting ring 7 provided with an external toothing 6 is received so as to be able to roll.
  • a rotor set 8 is rotatably mounted in the adjusting ring 7, which consists of an outer rotor 9 and an inner rotor 10 which is arranged eccentrically with the eccentricity e and which can be driven by a drive shaft (not shown).
  • the inner rotor 10 has nine teeth 10a on its circumference, on which a fine toothing 10b is superimposed.
  • the toothing attachment 8 with superimposed fine teeth 10b, 11a and planetary rotors 11 is known from the aforementioned DE-C 196 46 359 and DE-A 199 22 792, to which reference is expressly made here.
  • the driving inner rotor 10 is thus with its teeth 10a and their fine toothing 10b with the fine toothing 11a of the planetary rotors 11 in engagement and thus drives the outer rotor 9.
  • the adjusting ring 7 assumes a control position, which is characterized by an axis E, a so-called eccentric axis. In this position, pump 1 delivers the maximum delivery rate.
  • the adjusting ring 7 can roll due to its external toothing 6 in the internal toothing 5 of the pump housing 1, in a direction which is characterized by the angle ⁇ .
  • the adjusting ring 7 and the pump housing 2 there are gap spaces 14 connected to the pressure side 4 and gap spaces 15 connected to the suction side, via which the pumped medium acts on the adjusting ring 7 and one
  • the pump 1 thus combines a high volumetric efficiency with a controllability of the delivery rate and can therefore also be used for higher pressures for demand-oriented oil supply, e.g. B. in automatic transmissions up to pressures of 20 bar or in automatic transmissions (CVT transmissions) up to 80 bar. This opens up new areas of application for the controllable pump according to the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine volumenstromvariable Rotorpumpe (1) mit einem einen Sauganschluss (3) und einen Druckanschluss (4) aufweisenden Pumpengehäuse (2), mit einem in einem Stellglied (7) aufgenommenen Aussenrotor (9) und mit einem exzentrisch im Aussenrotor (9) angeordneten, antreibbaren Innenrotor (10) mit Aussenverzahnung (l0a), wobei die Zähnezahl der Aussenverzahnung um eins grosser als die der Innenverzahnung ist, die Innen- und die Aussenverzahnung miteinander in Eingriff stehen und der Volumenstrom durch eine Lageveränderung des Stellgliedes (7) veränderbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Aussenverzahnung (10a) eine Feinverzahnung (l0b) überlagert ist und die Innenverzahnung durch im Aussenrotor (9) aufgenommene, drehbar gelagerte, ebenfalls eine Feinverzahnung (11a) aufweisende Planentenrotoren (11) gebildet ist.

Description

Volumenstromvariable Rotorpumpe
Die Erfindung betrifft eine volumenstromvariable Ro- torpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Rotorpumpen in Form von Zahnring- oder so genannten Gerotorpumpem sind in verschiedenen Formen bekannt. Im Prinzip handelt es sich dabei um Verdrängerpumpen mit einem Außenrotor, der eine Innenverzahnung trägt, und einem exzentrisch im Außenrotor aufgenommenen Innenrotor, der eine Außenverzahnung trägt. Die Zahnform wird durch die Geometrie einer Trochoidenkurve beschrieben und ist derartig gestaltet, dass alle Zahnköpfe des angetriebenen Innenrotors zu jedem Zeitpunkt einer Umdrehung Dichtspalte mit der Innenkontur des Außenrotors bilden. Diese Dichtspalte, welche im Eingriffsbereich eine Linienberührung darstellen, begrenzen die einzelnen Arbeitskammern, deren Volumen sich während einer Umdrehung von einem Minimum (Quetschölvolu- men) stetig auf das maximale Fördervolumen vergrößert (Saugbereich) und dann von 180 Grad bis 360 Grad wieder abnimmt, wobei das Öl nun zur Druckseite hin verdrängt wird. Rotorpumpen sind auch in verschiedenen Ausführungen mit variablem Verdrängungsvolumen bekannt.
Durch die DE-C 102 07 350 wurde eine volumenstromvari- able Gerotorpumpe bekannt, bei welcher ein scheibenförmiges Einstellglied vorgesehen ist, welches in Verbindung mit einem Stellring das Verdrängungsvolumen (Verdrängungskam- mer) verändert.
Von der Firma SH (Schwäbische Hüttenwerke) ist eine Gerotorpumpe mit veränderlicher Fördermenge bekannt, wobei Innen- und Außenrotor in einem Stellring angeordnet sind, welcher verschwenkbar ist und dabei in einer Verzahnung im Pumpengehäuse abrollt. Der Stellring bestimmt die Winkellage der Exzentrizitätsachse des Verzahnungsrotorsatzes der Pumpe gegenüber der Nierenkontur, Über diese Exzenterstellung wird das Fördervolumen geregelt.
Durch die US-A 5,722,815 wurde eine weitere Bauart einer Gerotorpumpe bekannt, welche drei druckseitige Aus- gänge aufweist. Dadurch ist es möglich, mehrer Druckkreise unterschiedlichen Niveaus von einer Pumpe zu erzeugen bzw. die Druckkreise auf gleicher Höhe zu betreiben, diese aber mit steigender Drehzahl nacheinander abzuschalten und somit der Bedarfskennlinie grob anzugleichen.
Nachteilig bei allen vorgenannten Innenzahnrad- bzw. Gerotorpumpen ist die Abdichtung von - im Extremfall - nur einer Berührungslinie zwischen Druck- und Saugseite, wobei der Dichtspalt jeweils von einem Zahnkopf des Innen- und des Außenrotors gebildet wird. Gerotorpumpen haben aus diesem Grund einen relativ niedrigen volumetrischen Wirkungsgrad, insbesondere bei hohen Drücken und/oder niedrigen Viskositäten des Fördermediums sowie geringen Drehzahlen. Aus diesem Grund wird die Gerotorpumpe hauptsächlich als Kühl- bzw. Schmierölpumpe, d. h. bei maximalen Drücken von ca. 6 bar, eingesetzt.
Zur Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrades wurde in der DE-C 196 46 359 sowie der DE-A 199 22 792 vor- geschlagen, der Innen- und Außenverzahnung des Rotorsatzes eine Feinverzahnung zu überlagern, wobei die Innenverzahnung des Außenrotors durch Planetenrotoren ersetzt ist, die ebenfalls eine Feinverzahnung aufweisen und im Außenrotor drehbar gelagert sind. Dadurch wird der Vorteil einer besseren Abdichtung der Verdrängerräume erreicht. Nachteilig bei diesen Pumpen ist, dass sie hinsichtlich ihres Volumenstromes nicht regelbar sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine volu- menstromvariable Rotorpumpe der eingangs genannten Art bezüglich ihres volumetrischen Wirkungsgrades zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Innen- und Außenverzahnung des Rotorsatzes eine Feinverzahnung überlagert ist, wobei die Innenverzahnung des Außenrotors durch feinverzahnte Planetenrotoren gebildet wird. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Dichtwirkung zwischen den einzelnen Verdrängungskammern infolge gleichzeitigen Eingriffs mehrerer Zähne, die wie eine Labyrinthdichtung wirken, verbessert wird. Infolge dessen wird auch der Vorteil eines verbesserten volumetrischen Wirkungsgrades erreicht. Damit ist die volu enstromvariable Gerotorpumpe auch für höhere Drücke bis zu 20 oder sogar 80 bar und somit für neue Anwendungsgebiete einsetzbar. Zwar sind bereits so genannte Sichelzahnradpumpen für diese Drücke verfügbar, allerdings sind die bekannten Pumpen vom Bauvolumen und von den Herstellkosten erheblich ungünstiger als die erfindungsgemäße volumenstromvariable Hochdruck- Gerotorpumpe.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, wobei die Verstellbarkeit der Exzenterachse gegenüber der Nierengeometrie von Ein- und Auslassöffnungen auf verschiedene, an sich bekannte Weisen erfolgen kann, z. B. durch einen im Gehäuse abwälzbaren Stellring (SHW) oder ein im Gehäuse verdrehbares Einsteilglied (Joma) .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung beschrieben und wird im Folgenden näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Rotorpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2, welches einen gestrichelt angedeuteten Sauganschluss 3 sowie einen ebenfalls gestrichelt angedeuteten Druckanschluss 4 aufweist. Das Pumpengehäuse 2 weist eine Innenverzahnung 5 auf, in welcher ein mit einer Außenverzahnung 6 versehener Stellring 7 abwälzbar aufgenommen ist. Im Stellring 7 ist ein Rotorsatz 8 drehbar gelagert, welcher aus einem Außenrotor 9 und einem exzentrisch mit der Exzentrizität e drehbar angeordneten Innenrotor 10 be- steht, welcher durch eine nicht dargestellte Antriebswelle antreibbar ist. Im Außenrotor' 9 sind über den Umfang verteilt zehn mit einer Feinverzahnung versehene Planetenrotoren 11 drehbar aufgenommen. Der Innenrotor 10 weist auf seinem Umfang neun Zähne 10a auf, denen eine Feinverzah- nung 10b überlagert ist. Der Verzahnungsvorsatz 8 mit überlagerter Feinverzahnung 10b, 11a und Planetenrotoren 11 ist aus der eingangs genannten DE-C 196 46 359 und der DE-A 199 22 792 bekannt, auf welche hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Der antreibende Innenrotor 10 steht somit mit seinen Zähnen 10a sowie deren Fein erzahnung 10b mit der Feinverzahnung 11a der Planetenrotoren 11 in Eingriff und treibt somit den Außenrotor 9 an. Zwischen den einzelnen Planetenrotoren 11 befinden sich Verdrängungsräume, von denen beispielhaft ein Verdrängungsraum 12 auf der Saugsei- te und ein Verdrängungsraum 13 auf der Druckseite erwähnt werden, welche auf nicht näher dargestellte Weise mit der Saug- bzw. Druckseite der Pumpe in Verbindung stehen. Durch die Feinverzahnung 10b, 11a zwischen Innen- und Außenro- tor 9, 10, 11 werden die Verdrängerräume relativ gut abgedichtet, und die Pumpe 1 arbeitet daher mit einem relativ hohen volumetrischen Wirkungsgrad. Der Stellring 7 nimmt in der Zeichnung eine Regelposition ein, die durch eine Achse E, eine so genannte Exzenterachse gekennzeichnet ist. In dieser Position fördert die Pumpe 1 die maximale Fördermenge. Wie bereits erwähnt, kann sich der Stellring 7 aufgrund seiner Außenverzahnung 6 in der Innenverzahnung 5 des Pumpengehäuses 1 abrollen, und zwar in einer Richtung, die durch den Winkel α gekennzeichnet ist. Zwischen dem Stellring 7 und dem Pumpengehäuse 2 befinden sich mit der Druckseite 4 verbundene Spalträume 14 und mit der Saugseite verbundene Spalträume 15, über welche das Fördermedium auf den Stellring 7 einwirkt und eine
Schwenkbewegung der Exzenterachse E in Richtung des Winkels α (oder zurück) bewirkt. Dieser selbstregelnde Mechanismus (Abregelung der Fördermenge bei höheren Drehzahlen) ist aus der eingangs erwähnten SHW-Innenregelpumpe bekannt. Die erfindungsgemäße Pumpe 1 verbindet somit einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad mit einer Regelbarkeit der Fördermenge und kann daher auch für höhere Drücke zur bedarfsorientierten Ölversorgung eingesetzt werde, z. B. bei Stu- fenautomatgetrieben bis zu Drücken von 20 bar oder bei stu- fenlosen Automatikgetrieben (CVT-Getrieben) bis zu 80 bar. Damit erschließen sich für die erfindungsgemäße regelbare Pumpe neue Anwendungsgebiete.
Die Fördermengenregelung durch Verschiebung der Steu- erkanten (Nierengeometrie) kann auch auf andere Weise als mit dem oben beschriebenen Stellring erfolgen, beispielsweise wie im eingangs beschriebenen Stand der Technik der Anmelderin Joma beschrieben. Bezugszeichen
1 Rotorpumpe 2 Pumpengehäuse 3 Sauganschluss 4 Druckanschluss 5 Innenverzahnung (Gehäuse) 6 Außenverzahnung (Stellring) 7 Stellring 8 Rotorsatz 9 Außenrotor
10 Innenrotor
10a Zahn
10b Feinverzahnung
11 Planetenrotor
11a Feinverzahnung
12 Verdrängungskammer (Saugseite)
13 Verdrängungskammer (Druckseite)
14 Spaltraum (Druckseite)
15 Spaltraum (Saugseite)

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Volumenstromvariable Rotorpumpe (1) mit einem einen Sauganschluss (3) und einen Druckanschluss (4) aufweisenden Pumpengehäuse (2), mit einem in einem Stellglied (7) aufgenommenen Außenrotor (9) und mit einem exzentrisch im Außenrotor (9) angeordneten, antreibbaren Innenrotor (10) mit Außenverzahnung (10a) , wobei die Zähnezahl der Außenverzah- nung um eins größer als die der Innenverzahnung ist, die
Innen- und die Außenverzahnung miteinander in Eingriff stehen und der Volumenstrom durch eine Lageveränderung des Stellgliedes (7) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenverzahnung (10a) eine Feinverzahnung (10b) überlagert ist und die Innenverzahnung durch im Außenrotor (9) aufgenommene, drehbar gelagerte, ebenfalls eine Feinverzahnung (11a) aufweisende Planentenrotoren (11) gebildet ist.
2. Rotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied als Stellring (7) ausgebildet ist, der über eine Verzahnung (6/5) mit dem Pumpengehäuse (2) in Eingriff steht und zur Lageänderung am Pumpengehäuse (2) abwälzbar ist.
3. Rotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied im Pumpengehäuse drehbar gelagert und zur Lageänderung verstellbar ist.
4. Rotorpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung des Innenrotors (10) neun Zähne (10a) aufweist und der Außenrotor (9) zehn Planetenrotoren (11) trägt.
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