WO2008101904A1 - Gerotorpumpe - Google Patents

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WO2008101904A1
WO2008101904A1 PCT/EP2008/051950 EP2008051950W WO2008101904A1 WO 2008101904 A1 WO2008101904 A1 WO 2008101904A1 EP 2008051950 W EP2008051950 W EP 2008051950W WO 2008101904 A1 WO2008101904 A1 WO 2008101904A1
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WO
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rotor
teeth
fluid
fluid inlet
inlet chamber
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Application number
PCT/EP2008/051950
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Nigrin
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/10—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F04C2/102—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member the two members rotating simultaneously around their respective axes
    • 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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/084—Toothed wheels
    • 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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/086—Carter
    • 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
    • F04C2220/00—Application
    • F04C2220/10—Vacuum

Definitions

  • the invention relates to a gerotor pump for requesting a fluid, with a pump housing, a seaaus strictlyung rotatably arranged in a pump housing, annular outer rotor having a mecaniclauferausEnglishung with an inner wall on which a plurality of inner teeth is formed, and a rotatably arranged in the lecturlaufuntersappelung
  • An inner race having an outer wall with a plurality of outer teeth that are in mesh with the inner teeth of the outer rotor.
  • the inner rotor and the outer rotor can be driven in a common sense of rotation.
  • the gerotor pump has a fluid inlet chamber and fluid outlet chamber, wherein the fluid outlet chamber and the fluid inlet chamber are arranged and configured such that fluid can be requested from the fluid inlet chamber to the fluid outlet chamber by means of the inner rotor and the outer rotor.
  • Gerotor pumps are valveless, compact and self-priming pumps that produce a continuous fluid demand flow with low pressure fluctuations.
  • the invention has for its object to provide a Gerotorpumpe that allows reliable fluid requirement even at high speeds.
  • the invention is characterized by a gerotor pump for requesting a fluid, with a Pumpengehause, rotatably disposed in a PumpengehauseausEnglishung, annularnism lecturr having a mecaniclauferausEnglishung with an inner wall on which a plurality of inner teeth is formed, a rotatable in the mecaniclauferausEnglishung - arranged inner rotor having an outer wall having a plurality of outer teeth, which are in meshing engagement with the inner teeth of the outer rotor, wherein the number of inner teeth is at least one larger than the number of outer teeth, and arranged and formed the inner teeth and the outer teeth in that they form a plurality of displacer chambers, and wherein the inner rotor and the outer rotor are drivable in a common sense of rotation, and a fluid inlet chamber formed in the pump housing and a fluid outlet chamber formed in the pump housing, wherein the fluid inlet chamber and the fluid outlet chamber are arranged and configured in that fluid is chargeable by means of the displace
  • the formation of the outer rotor and the inner rotor ensures that the first angle between the front end of the fluid inlet chamber and the rear end of the Fluidauslasshunt is also greater than twice an angular distance between two adjacent contact areas between an inner tooth and an outer tooth opposite thereto, when this first angle is at least twice an angular distance between two adjacent inner teeth. It can thus be ensured that at least two of the inner teeth of the outer rotor and two of the outer teeth of the inner rotor are arranged between the front end of the fluid inlet chamber and the rear end of the fluid outlet chamber. It is thereby achieved that the sealing length between the front end of the fluid inlet chamber and the rear end of the Fluidauslasshunt by at least two pairs of opposing inner and Outside teeth is determined. This allows a particularly high fluid tightness between the Fluidauslasshunt and the fluid inlet chamber. Next can be achieved so that the gerotor pump can be particularly small and thus compact.
  • the fluid inlet chamber has a greater extent than the fluid outlet chamber, based on the direction of rotation of the inner rotor and the outer rotor. It can thus be achieved that a fluid inlet chamber with a larger extent allows good filling of the displacement chambers with fluid even at high rotational speeds.
  • a front end of the fluid outlet chamber relative to the direction of rotation of the inner rotor and the outer rotor and a rearward end of the fluid inlet chamber with respect to the direction of rotation of the inner rotor and the outer rotor form a second angle which is at least twice the angular distance between two adjacent internal teeth is.
  • the number of outer teeth of the inner rotor is at least ten.
  • a particularly small radial distance between an outer tooth and an inner tooth associated therewith and thus a good hydraulic seal between a tooth pair and the associated Verdrangerwait be achieved.
  • a fluid supply line hydraulically coupled to the fluid inlet chamber is formed in the pump housing and has a directional component tangential to the direction of rotation. This allows a small flow resistance when fluid flows into the fluid inlet chamber, whereby small fluctuations of the fluid volume flow in the gerotor pump can be achieved.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a gerotor pump along the line I-I 'of Figure 2a
  • FIG. 2a shows a further sectional view of a first embodiment of the gerotor pump
  • Figure 2b is a sectional view of another embodiment of the gerotor pump.
  • FIG. 3 shows a profile of a volumetric efficiency of the gerotor pump under different boundary conditions.
  • FIG. 1 shows a gerotor pump 10 with a pump housing 12, which has a circular-cylindrical pump housing recess 14.
  • the circular cylindrical PumpengehauseausEnglishung 14 forms a chamber in which an inner rotor 18 and an annular outer rotor 20 are received.
  • the inner rotor 18 is arranged in a mecaniconnetionsNFung 22.
  • the inner rotor 18 and the annular outer rotor 20 are of a Drive shaft 16 of a motor (not shown) rotatably driven.
  • the drive shaft 16 extends through a pump housing bore 15 into the pump housing recess 14.
  • the pump housing 12 is preferably designed in a pot construction (FIG. 2 a).
  • the pump housing 12 preferably has two side plates 44, between which a preferably designed as a spacer spacer element 46 is arranged.
  • the side plates 44 and the spacer 46 are mechanically rigidly coupled together by means of a connecting element extending through the side plates 44 and the spacer 46 ( Figure 2b).
  • the annular outer rotor 20 is further arranged having on an inner wall 24 inner teeth 26, 26 a, 26 b, which are in engagement with arranged on an outer wall 28 of the inner rotor 18 outer teeth 30, 30 a, 30 b.
  • the annular outer rotor 20 is rotatably mounted in the PumpengehauseausEnglishung 14 on a rotation axis Al, wherein the axis of rotation Al of the annular outer rotor 20 is offset parallel to a rotational axis A2 of the inner rotor 18.
  • the number of inner teeth 26, 26a, 26b of the annular outer rotor 20 is one greater than the number of outer teeth 30, 30a, 30b of the inner rotor 18.
  • angular distance ALPHA I Between two adjacent inner teeth 26, 26a, 26b there is an angular distance ALPHA I and between two adjacent outer teeth 30, 30a, 30b is an angular distance ALPHA_A.
  • the angular distance ALPHA_I between two respectively adjacent inner teeth 26, 26a, 26b is smaller than the angular distance ALPHA A between two adjacent outer teeth 30, 30a, 30b, since the number of inner teeth 26, 26a, 26b is one greater than the number of outer teeth 30, 30a, 30b.
  • a fluid inlet chamber 34 and a fluid outlet chamber 38 are further arranged, both of which are entered in Figure 1 in dashed form.
  • several Verdrangersch 32 are arranged, which is formed depending on their position larger or smaller.
  • the fluid inlet chamber 34 has a front end 35 and a rear end 36. Accordingly, based on the common direction of rotation D of the inner rotor 18 and the annular outer rotor 20, the fluid outlet chamber 38 has a front end 40 and a rear end 42.
  • the fluid inlet chamber 34 has at its rear end 36 a fluid feed line 50 which is formed in the pump housing 12 and is hydraulically coupled to the fluid inlet chamber 34.
  • the fluid outlet chamber 38 has at its front end 40 a fluid drain line 48. While the fluid drain line 48 preferably extends radially away from the fluid outlet chamber 38, the fluid inlet line has a directional component tangential to the direction of rotation D of the inner rotor 20 and the annular outer rotor 20.
  • the forward end 40 of the fluid outlet chamber 38 and the rearward end 36 of the fluid inlet chamber 34 enclose a second angle BETA K2 with each other.
  • the first angle BETA K1 between the front end 35 of the fluid inlet chamber 34 and the rear end 42 of the fluid outlet chamber 38 is equal to the second angle BETA K2 between the front end of the fluid outlet chamber 38 and the rear end 36 of the fluid inlet chamber 34
  • the first angle BETA_K1 and the second angle BETA_K2 are at least twice the angular distance ALPHA I between two adjacent inner teeth 26, 26a, 26b.
  • the gerotor pump can be made small and compact.
  • the ratio of the circumference of the inner rotor 18 to the number of outer teeth 30, 30 a, 30 b is preferably less than 7.5 mm, more preferably between 1.5 mm and 7.5 mm, while a good seal between the fluid inlet chamber 34 and the fluid outlet chamber 38.
  • the second angle BETA_K2 between the front end 40 of the fluid outlet chamber 38 and the rear end 36 of the fluid inlet chamber 34 may also deviate from the first angle BETA K1 between the front end of the fluid inlet chamber 34 and the rear end 42 of the fluid outlet chamber 38 wherein the second angle BETA_K2 may be greater or less than the first angle BETA_K1.
  • the fluid inlet chamber 34 may, based on the direction of rotation D of the inner rotor 18 and the annular outer rotor 20 a This is particularly advantageous because a correspondingly large fluid inlet chamber 38 allows a particularly good filling of the Verdrangerwaitn 32 with fluid even at high speeds.
  • the inner rotor 18 has at least ten outer teeth 30, 30a, 30b, then a particularly small radial distance between in each case one outer tooth 30, 30a, 30b and one inner tooth 26, 26a, 26b can be achieved.
  • This allows a particularly good fluid seal between each outer tooth 30, 30a, 30b and an inner tooth 26, 26a, 26b and thus the respective pairs of teeth associated Verdrangerwaitn 32.
  • the radial distance between an outer tooth 30, 30a, 30b and its associated Internal tooth 26, 26a, 26b about 40 to about 80 microns.
  • Such a distance between an inner tooth 26, 26 a, 26 b and an outer tooth 30, 30 a, 30 b in particular allows good lubrication between the inner rotor 18 and the annular outer rotor 20th
  • the gerotor pump as in the embodiment illustrated here, has a fluid feed line 50 which has a directional component tangential to the direction of rotation D, then a low flow resistance between the fluid feed line 50 and the fluid inlet chamber 34 and thus a particularly good fluid dynamics due to a flow resistance is large high continuity of the fluid flow possible, that is, that only relatively small fluctuations of the fluid volume flow occur.
  • gerotor pump 10 The function of the gerotor pump 10 will be described in detail below:
  • FIG. 1 which is a snapshot, shows that the inner teeth 26, 26a, 26b of the annular outer rotor 20 and the outer teeth 30, 30a, 30b of the inner rotor 18 are only in a limited angular range (in FIG Figure 1 above) completely interlock. This applies in particular to the inner teeth 26b and the outer teeth 30b.
  • the outer teeth 30, 30a, 30b of the inner rotor 18 overtake the inner teeth 26, 26a, 26b of the annular outer rotor 20.
  • unscrewing from the first-mentioned angular range ie when the inner teeth engage 26, 26a, 26b in the outer teeth 30, 30a, 30b, arise between each two adjacent outer teeth 30, 30a, 30b of the inner rotor 18 and two adjacent inner teeth 26, 26a, 26b of the annular outer rotor 20 in the direction of rotation D co-rotating and in the rotational direction D.
  • increasing Verdrangerhunt 32 which then become smaller again after passing through the second-mentioned angular range and finally disappear.
  • FIG. 3 shows the volumetric efficiency of the gerotor pump 10 for two different embodiments of the gerotor pump 10.
  • a first curve ETA_1 of the volumetric efficiency of the gerotor pump 10 is shown for the case that the front end 35 of the fluid inlet chamber 34 and the rear end 42 of the fluid outlet chamber 38 enclose the angle BETA_K1 with each other exactly the simple angular distance ALPHA_I between two adjacent internal teeth 26 , 26a, 26b corresponds.
  • a second curve ETA_2 shows the volumetric efficiency of the gerotor pump 10 in the event that only the first angle BETA Kl between the front end 35 of the fluid inlet chamber 34 and the rear end 42 of the Fluidauslasshunt 38 is changed from the case of the first curve ETA_2 and at least the Is twice the angular distance ALPHA I between adjacent inner teeth 26, 26a, 26b, respectively.
  • the volumetric efficiency shown in the curve ETA_2 over the entire volume flow range is significantly greater than the volumetric efficiency according to the curve ETA_1.
  • the higher volumetric efficiency according to the curve ETA_2 may in particular be due to a higher fluid tightness between the fluid inlet chamber 34 and the fluid outlet chamber 38 caused by the arrangement of at least two internal teeth 26, 26a, 26b of the annular external rotor 20 and two external teeth 30, 30a, 30b of the inner rotor 18 between the front end 35 of the fluid inlet chamber 34 and the rear end 42 of the fluid outlet chamber 38.

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Abstract

Gerotorpumpe (10), mit einem ringförmigen Außenläufer (20), der eine Außenlauferausnehmung (22) aufweist mit einer Innenwand (24) mit Innenzahnen (26), einem in der Außenlauferausnehmung (22) angeordneten Innenlauf er (18), der eine Außenwand (28) aufweist mit Außenzahnen (30), wobei die Zahl der Innenzahne (26) mindestens um eins großer ist als die Zahl der Außenzahne (30), und wobei der Innenlaufer (18) und der Außenläufer (20) in einem gemeinsamen Drehsinn (D) antreibbar sind, wobei eine Fluidauslasskammer (38) und eine Fluideinlasskammer (34) so angeordnet und ausgebildet sind, dass Fluid mittels der Verdrangerkammern (32) von der Fluideinlasskammer (34) zu der Fluidauslasskammer (38) forderbar ist. Ein bezogen auf den gemeinsamen Drehsinn (D) des Innenlaufers (18) und des Außenläufers (20) vorderes Ende (35) der Fluideinlasskammer (34) und ein bezogen auf den gemeinsamen Drehsinn (D) des Innenlaufers (18) und des Außenläufers (20) hinteres Ende (42) der Fluidauslasskammer (38) schließen einen ersten Winkel (BETA_K1) miteinander ein, der mindestens das Doppelte eines Winkelabstands (ALPHA_I) zwischen benachbarten Innenzahnen (26) ist.

Description

Beschreibung
Gerotorpumpe
Die Erfindung betriff eine Gerotorpumpe zur Forderung eines Fluids, mit einem Pumpengehause, einem in einem Pumpengehau- seausnehmung drehbar angeordneten, ringförmigen Außenläufer, der eine Außenlauferausnehmung aufweist mit einer Innenwand, auf der eine Mehrzahl von Innenzahnen ausgebildet ist, und einem in der Außenlauferausnehmung drehbar angeordneten In- nenlaufer, der eine Außenwand aufweist mit einer Mehrzahl von Außenzahnen, die im kammenden Eingriff mit den Innenzahnen des Außenläufers sind. Der Innenlaufer und der Außenläufer sind in einem gemeinsamen Drehsinn antreibbar. Die Gerotorpumpe hat eine Fluideinlasskammer und Fluidauslasskammer, wobei die Fluidauslasskammer und die Fluideinlasskammer so angeordnet und ausgebildet sind, dass Fluid mittels des Innen- laufers und des Außenläufers von der Fluideinlasskammer zu der Fluidauslasskammer forderbar ist.
Gerotorpumpen sind ventillose, kompakte und selbstansaugende Pumpen, die einen kontinuierlichen Fluidforderstrom mit geringen Druckschwankungen erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gerotorpumpe zu schaffen, die auch bei hohen Drehzahlen eine zuverlässige Fluidforderung ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs .
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Gerotorpumpe zur Forderung eines Fluids, mit einem Pumpengehause, einem in einer Pumpengehauseausnehmung drehbar angeordneten, ringförmigen Außenläufer, der eine Außenlauferausnehmung aufweist mit einer Innenwand, auf der eine Mehrzahl von Innenzahnen ausgebildet ist, einem in der Außenlauferausnehmung drehbar ange- ordneten Innenlaufer, der eine Außenwand aufweist mit einer Mehrzahl von Außenzahnen, die in kämmendem Eingriff mit den Innenzahnen des Außenläufers sind, wobei die Zahl der Innenzahne mindestens um eins großer ist als die Zahl der Außenzahne, und die Innenzahne und die Außenzahne derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie eine Mehrzahl von Verdran- gerkammern bilden und wobei der Innenlaufer und der Außenläufer in einem gemeinsamen Drehsinn antreibbar sind, und einer in dem Pumpengehause ausgebildeten Fluideinlasskammer und einer in dem Pumpengehause ausgebildeten Fluidauslasskammer, wobei die Fluideinlasskammer und die Fluidauslasskammer derart angeordnet und ausgebildet sind, dass Fluid mittels der Verdrangerkammern von der Fluideinlasskammer zu der Fluidauslasskammer forderbar ist. Ein bezogen auf den gemeinsamen Drehsinn des Innenlaufers und des Außenläufers vorderes Ende der Fluideinlasskammer und ein bezogen auf den gemeinsamen Drehsinn des Innenlaufers und des Außenläufers hinteres Ende der Fluidauslasskammer schließen einen ersten Winkel miteinander ein, der mindestes das zweifache eines Winkelabstands zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen ist.
Durch die Ausbildung des Außenläufers und des Innenlaufers wird erreicht, dass der erste Winkel zwischen dem vorderen Ende der Fluideinlasskammer und dem hinteren Ende der Fluidauslasskammer auch großer ist als das zweifache eines Winkelabstands zwischen zwei jeweils benachbarten Kontaktbereichen zwischen einem Innenzahn und einem diesem gegenüberliegenden Außenzahn, wenn dieser erste Winkel mindestens das Zweifache eines Winkelabstands zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen ist. Damit kann sichergestellt werden, dass zwischen dem vorderen Ende der Fluideinlasskammer und dem hinteren Ende der Fluidauslasskammer mindestens zwei der Innenzahne des Außenläufers und zwei der Außenzahne des Innenlaufers angeordnet sind. Damit wird erreicht, dass die Dichtungslange zwischen dem vorderen Ende der Fluideinlasskammer und dem hinteren Ende der Fluidauslasskammer durch mindestens zwei Paare einander gegenüberstehender Innen- und Außenzahne bestimmt ist. Dies ermöglicht eine besonders hohe Fluiddichtheit zwischen der Fluidauslasskammer und der Fluideinlasskammer . Weiter kann so erreicht werden, dass die Gerotorpumpe besonders klein und damit kompakt ausgebildet sein kann.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform hat die Fluideinlasskammer bezogen auf den Drehsinn des Innenlaufers und des Außenläufers eine größere Ausdehnung als die Fluidauslasskammer. Damit kann erreicht werden, dass eine Fluideinlasskammer mit einer größeren Ausdehnung eine gute Befüllung der Verdranger- kammern mit Fluid auch bei hohen Drehzahlen ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform schließen ein bezogen auf den Drehsinn des Innenlaufers und des Außenläufers vorderes Ende der Fluidauslasskammer und ein bezogen auf den Drehsinn des Innenlaufers und des Außenläufers hinteres Ende der Fluideinlasskammer einen zweiten Winkel miteinander ein, der mindestens das Zweifache des Winkelabstands zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen ist. Auch hier wird erreicht, dass zwischen dem vorderen Ende der Fluidauslasskammer und dem hinteren Ende der Fluideinlasskammer mindestens zwei Paare von Innenzahnen und Außenzahnen derart miteinander in Kontakt sind, dass eine große Dichtungslange zwischen dem vorderen Ende der Fluidauslasskammer und dem hinteren Ende der Fluideinlasskammer erreicht wird, so dass eine hohe Fluiddichtheit zwischen der Fluidauslasskammer und der Fluideinlasskammer auch im Bereich des vorderen Endes der Fluidauslasskammer und dem hinteren Ende der Fluideinlasskammer möglich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Zahl der Außenzahne des Innenlaufers mindestens zehn. Damit kann ein besonders kleiner radialer Abstand zwischen einem Außenzahn und einem diesem zugeordneten Innenzahn und damit eine gute hydraulische Abdichtung zwischen einem Zahnpaar und dem dieser zugeordneten Verdrangerkammer erreicht werden. In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform ist in dem Pumpengehause ausgebildet eine mit der Fluideinlasskammer hydraulisch gekoppelte Fluidzulaufleitung, die eine Richtungskomponente tangential zu dem Drehsinn hat. Dies ermöglicht einen kleinen Stromungswiderstand beim Einstromen von Fluid in die Fluideinlasskammer, wodurch kleine Schwankungen des Fluidvolumenstroms in der Gerotorpumpe erreichbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgen anhand der schematischen Zeichnungen naher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht einer Gerotorpumpe entlang der Linie I-I' der Figur 2a,
Figur 2a eine weitere Schnittansicht einer ersten Ausfuhrungsform der Gerotorpumpe,
Figur 2b eine Schnittansicht einer weiteren Ausfuhrungsform der Gerotorpumpe, und
Figur 3 einen Verlauf eines volumetrischen Wirkungsgrads der Gerotorpumpe unter verschiedenen Randbedingungen.
Elemente gleicher Konstruktion oder gleicher Funktion sind figurenubergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet .
Figur 1 zeigt eine Gerotorpumpe 10 mit einem Pumpengehause 12, das eine kreiszylindrische Pumpengehauseausnehmung 14 aufweist. Die kreiszylindrische Pumpengehauseausnehmung 14 bildet eine Kammer, in der ein Innenlaufer 18 und ein ringförmiger Außenläufer 20 aufgenommen sind. Der Innenlaufer 18 ist in einer Außenlauferausnehmung 22 angeordnet. Der Innenlaufer 18 und der ringförmige Außenläufer 20 werden von einer Antriebswelle 16 eines (nicht dargestellten) Motors drehbar angetrieben. Die Antriebswelle 16 erstreckt sich durch eine Pumpengehausebohrung 15 hindurch in die Pumpengehauseausneh- mung 14. Das Pumpengehause 12 ist vorzugsweise in einer Topfbauweise ausgebildet (Fig. 2a) . Alternativ weist das Pumpengehause 12 vorzugsweise zwei Seitenplatten 44 auf, zwischen denen ein vorzugsweise als Distanzring ausgebildetes Distanzelement 46 angeordnet ist. Die Seitenplatten 44 und das Distanzelement 46 sind mittels eines Verbindungselements, das sich durch die Seitenplatten 44 und das Distanzelement 46 erstreckt, mechanisch fest miteinander gekoppelt (Fig. 2b) .
In der Pumpengehauseausnehmung 14 ist der Innenlaufer 18 mittels einer Verzahnung 21 zur gemeinsamen Drehung mit der Antriebswelle 16 gekoppelt. Der Innenlaufer 18 ist koaxial zu der Antriebswelle 16 angeordnet.
In der Pumpengehauseausnehmung 14 ist weiter der ringförmige Außenläufer 20 angeordnet, der auf einer Innenwand 24 Innenzahne 26, 26a, 26b aufweist, die mit auf einer Außenwand 28 des Innenlaufers 18 angeordneten Außenzahnen 30, 30a, 30b in kammenden Eingriff sind. Der ringförmige Außenläufer 20 ist in der Pumpengehauseausnehmung 14 auf einer Drehachse Al drehbar gelagert, wobei die Drehachse Al des ringförmigen Außenläufers 20 parallel zu einer Drehachse A2 des Innenlaufers 18 versetzt ist. Die Anzahl der Innenzahne 26, 26a, 26b des ringförmigen Außenläufers 20 ist um eins großer als die Anzahl der Außenzahne 30, 30a, 30b des Innenlaufers 18. Zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen 26, 26a, 26b besteht ein Winkelabstand ALPHA I und zwischen zwei jeweils benachbarten Außenzahnen 30, 30a, 30b besteht ein Winkelabstand ALPHA_A. Der Winkelabstand ALPHA_I zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen 26, 26a, 26b ist kleiner als der Winkelabstand ALPHA A zwischen zwei jeweils benachbarten Außenzahnen 30, 30a, 30b, da die Zahl der Innenzahne 26, 26a, 26b um eins großer ist als die Zahl der Außenzahne 30, 30a, 30b. In dem Pumpengehause 12 ist weiter eine Fluideinlasskammer 34 und eine Fluidauslasskammer 38 angeordnet, die beide in Figur 1 in gestrichelter Form eingetragen sind. Zwischen den Innenzahnen 26, 26a, 26b und den Außenzahnen 30, 30a, 30b sind mehrere Verdrangerkammern 32 angeordnet, die abhangig von ihrer Position großer oder kleiner ausgebildet ist.
Bezogen auf einen gemeinsamen Drehsinn D des Innenlaufers 18 und des ringförmigen Außenläufers 20 weist die Fluideinlasskammer 34 ein vorderes Ende 35 und ein hinteres Ende 36 auf. Entsprechend weist bezogen auf den gemeinsamen Drehsinn D des Innenlaufers 18 und des ringförmigen Außenläufers 20 die Fluidauslasskammer 38 ein vorderes Ende 40 und ein hinteres Ende 42 auf. Die Fluideinlasskammer 34 hat an ihrem hinteren Ende 36 eine Fluidzulaufleitung 50, die in dem Pumpengehause 12 ausgebildet ist und mit der Fluideinlasskammer 34 hydraulisch gekoppelt ist. In entsprechender Weise hat die Fluidauslasskammer 38 an ihrem vorderen Ende 40 eine Fluidablaufleitung 48. Wahrend die Fluidablaufleitung 48 bevorzugt in radialer Richtung von der Fluidauslasskammer 38 abgeht, weist die Fluidzulaufleitung eine Richtungskomponente tangential zu dem Drehsinn D des Innenlaufers und des ringförmigen Außenläufers 20 auf.
Das vordere Ende 35 der Fluideinlasskammer 34 und das hintere Ende 42 der Fluidauslasskammer 38 schließen miteinander einen ersten Winkel BETA Kl miteinander ein. In entsprechender Weise schließen das vordere Ende 40 der Fluidauslasskammer 38 und das hintere Ende 36 der Fluideinlasskammer 34 einen zweiten Winkel BETA K2 miteinander ein. In der hier gezeigten Ausfuhrungsform ist der erste Winkel BETA Kl zwischen dem vorderen Ende 35 der Fluideinlasskammer 34 und dem hinteren Ende 42 der Fluidauslasskammer 38 gleich groß wie der zweite Winkel BETA K2 zwischen dem vorderen Ende der Fluidauslasskammer 38 und dem hinteren Ende 36 der Fluideinlasskammer 34. Der erste Winkel BETA_K1 und der zweite Winkel BETA_K2 betragen mindestens das Doppelte des Winkelabstands ALPHA I zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen 26, 26a, 26b. Damit wird erreicht, dass bei einer Fluidforderung durch die Gerotorpumpe 10 eine hohe Fluiddichtheit zwischen der Fluideinlasskammer 34 und der Fluidauslasskammer 38 besteht. Durch die Ausbildung des ersten Winkels BETA_K1 beziehungsweise des zweiten Winkels BETA K2 zwischen der Fluideinlasskammer 34 und der Fluidauslasskammer 38 mindestens entsprechend dem Zweifachen des Winkelabstands ALPHA_I zwischen jeweils zwei benachbarten Innenzahnen 26, 26a, 26b wird eine sehr gute Dichtung zwischen der Fluideinlasskammer 34 und der Fluidauslasskammer 38 erreicht. Es kann so erreicht werden, dass nur bei Drehung der Antriebswelle 16 Fluid von der Fluideinlasskammer 34 über die Verdrangerkammern 32 zu der Fluidauslasskammer 38 transportiert wird, jedoch ein Fluidstrom zwischen benachbarten Verdrangerkammern 32 verhindert ist. Weiter kann durch Ausbilden insbesondere des ersten Winkels BETA_K1 als dem Doppelten des Winkelabstands ALPHA_I zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen 26, 26a, 26b erreicht werden, dass die Gerotorpumpe klein und kompakt ausgebildet werden kann. Insbesondere ist es möglich, das Verhältnis des Umkreises des Innenlaufers 18 zur Anzahl der Außenzahne 30, 30a, 30b vorzugsweise kleiner als 7,5 mm, besonders bevorzugt zwischen 1,5 mm und 7,5 mm zu wählen, und dabei eine gute Dichtung zwischen der Fluideinlasskammer 34 und der Fluidauslasskammer 38 zu erreichen.
Alternativ zu der hier dargestellten Ausfuhrungsform kann der zweite Winkel BETA_K2 zwischen dem vorderen Ende 40 der Fluidauslasskammer 38 und dem hinteren Ende 36 der Fluideinlasskammer 34 auch von dem ersten Winkel BETA Kl zwischen dem vorderen Ende der Fluideinlasskammer 34 und dem hinteren Ende 42 der Fluidauslasskammer 38 abweichen, wobei der zweite Winkel BETA_K2 großer oder kleiner sein kann als der erste Winkel BETA_K1.
Die Fluideinlasskammer 34 kann bezogen auf den Drehsinn D des Innenlaufers 18 und des ringförmigen Außenläufers 20 eine größere Ausdehnung aufweisen als die Fluidauslasskammer 38. Dies ist besonders vorteilhaft, da eine entsprechend großer ausgebildete Fluideinlasskammer 38 eine besonders gute Befüllung der Verdrangerkammern 32 mit Fluid auch bei hohen Drehzahlen ermöglicht.
Hat der Innenlaufer 18 mindestens zehn Außenzahne 30, 30a, 30b, so kann ein besonders kleiner radialer Abstand zwischen jeweils einem Außenzahn 30, 30a, 30b und einem Innenzahn 26, 26a, 26b erreicht werden. Dies ermöglicht eine besonders gute Fluiddichtung zwischen jeweils einem Außenzahn 30, 30a, 30b und einem Innenzahn 26, 26a, 26b und damit der den jeweiligen Zahnpaaren zugeordneten Verdrangerkammern 32. Vorzugsweise betragt der radiale Abstand zwischen einem Außenzahn 30, 30a, 30b und einem diesem zugeordneten Innenzahn 26, 26a, 26b etwa 40 bis zirka 80 Mikrometer. Ein derartiger Abstand zwischen einem Innenzahn 26, 26a, 26b und einem Außenzahn 30, 30a, 30b ermöglicht insbesondere eine gute Schmierung zwischen dem Innenlaufer 18 und dem ringförmigen Außenläufer 20.
Hat die Gerotorpumpe, wie in der hier dargestellten Ausfuhrungsform, eine Fluidzulaufleitung 50, die eine Richtungskomponente tangential zu dem Drehsinn D hat, so ist insbesondere bei großen Fluidvolumenstromen ein geringer Stromungswiderstand zwischen der Fluidzulaufleitung 50 und der Fluideinlasskammer 34 und damit eine besonders gute Fluiddynamik aufgrund einer hohen Kontinuität des Fluidstroms möglich, das heißt, dass nur relativ kleine Schwankungen des Fluidvolu- menstroms auftreten.
Im Folgenden soll die Funktion der Gerotorpumpe 10 im Detail dargestellt werden:
Bei einer Drehung der Antriebswelle 16 und damit des Innen- laufers 18 kommt es aufgrund des Eingriffs der Außenzahne 30, 30a, 30b des Innenlaufers 18 mit den Innenzahnen 26, 26a, 26b des ringförmigen Außenläufers 20 zu einer gleichgerichteten Drehung des ringförmigen Außenläufers 20 im Drehsinn D. Die Figur 1, die eine Momentaufnahme darstellt, zeigt, dass die Innenzahne 26, 26a, 26b des ringförmigen Außenläufers 20 und die Außenzahne 30, 30a, 30b des Innenlaufers 18 nur in einem begrenzten Winkelbereich (in Figur 1 oben) vollständig ineinander greifen. Dies gilt insbesondere für die Innenzahne 26b und die Außenzahne 30b. Demgegenüber greifen die Innenzahne 26, 26a, 26b des ringförmigen Außenläufers 20 und die Außenzahne 30, 30a, 30b des Innenlaufers 18 in einem diametral gegenüberliegenden Winkelbereich (in Figur 1 unten) nicht ineinander. Dies gilt insbesondere für die Innenzahne 26a und die Außenzahne 30a.
Dreht sich die Antriebswelle 16 im Drehsinn D, so kommt es zu einem Überholen der Außenzahne 30, 30a, 30b des Innenlaufers 18 gegenüber den Innenzahnen 26, 26a, 26b des ringförmigen Außenläufers 20. Beim Herausdrehen aus dem erstgenannten Winkelbereich, also bei Eingriff der Innenzahne 26, 26a, 26b in die Außenzahne 30, 30a, 30b, entstehen zwischen jeweils zwei benachbarten Außenzahnen 30, 30a, 30b des Innenlaufers 18 und zwei benachbarten Innenzahnen 26, 26a, 26b des ringförmigen Außenläufers 20 sich im Drehsinn D mitdrehende und im Drehsinn D sich vergrößernde Verdrangerkammer 32, die dann nach Durchlaufen des zweitgenannten Winkelbereichs wieder kleiner werden und schließlich verschwinden. Wahrend eine der Verdrangerkammern 32 sich im Drehsinn D bewegt und dabei großer wird, lauft sie an der Fluideinlasskammer 34 vorbei, so dass über die Fluidzulaufleitung 50 zugefuhrtes Fluid in die entsprechende Verdrangerkammer 32 gesaugt wird. Wahrend der Verkleinerung der Verdrangerkammer 32 lauft diese an der Fluidauslasskammer 38 vorbei, so dass das Fluid über die Fluidauslasskammer 38 in die Fluidablaufleitung 48 gedruckt werden kann. Auf diese Weise ist durch eine Drehung der Antriebswelle 16 im Drehsinn D eine Fluidforderung von der Fluideinlasskammer 34 zu der Fluidauslasskammer 38 ermöglicht. Figur 3 zeigt den volumetrischen Wirkungsgrad der Gerotorpumpe 10 für zwei verschiedene Ausfuhrungsformen der Gerotorpumpe 10.
Eine erste Kurve ETA_1 des volumetrischen Wirkungsgrads der Gerotorpumpe 10 ist gezeigt für den Fall, dass das vordere Ende 35 der Fluideinlasskammer 34 und das hintere Ende 42 der Fluidauslasskammer 38 den Winkel BETA_K1 miteinander einschließen, der genau dem einfachen Winkelabstand ALPHA_I zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen 26, 26a, 26b entspricht .
Eine zweite Kurve ETA_2 zeigt den volumetrischen Wirkungsgrad der Gerotorpumpe 10 für den Fall, dass nur der erste Winkel BETA Kl zwischen dem vorderen Ende 35 der Fluideinlasskammer 34 und dem hinteren Ende 42 der Fluidauslasskammer 38 gegenüber dem Fall der ersten Kurve ETA_2 verändert ist und mindestens das Zweifache des Winkelabstandes ALPHA I zwischen jeweils benachbarten Innenzahnen 26, 26a, 26b ist.
Es ist deutlich zu erkennen, dass der in der Kurve ETA_2 dargestellte volumetrische Wirkungsgrad über den gesamten Volumenstrombereich signifikant großer ist als der volumetrische Wirkungsgrad gemäß der Kurve ETA_1. Der höhere volumetrische Wirkungsgrad gemäß der Kurve ETA_2 kann insbesondere bedingt sein durch eine höhere Fluiddichtheit zwischen der Fluideinlasskammer 34 und der Fluidauslasskammer 38, verursacht durch die Anordnung von mindestens zwei Innenzahnen 26, 26a, 26b des ringförmigen Außenläufers 20 und zwei Außenzahnen 30, 30a, 30b des Innenlaufers 18 zwischen dem vorderen Ende 35 der Fluideinlasskammer 34 und dem hinteren Ende 42 der Fluidauslasskammer 38.

Claims

Patentansprüche
1. Gerotorpumpe (10) zur Forderung eines Fluids, mit
- einem Pumpengehause (12),
- einem in einer Pumpengehauseausnehmung (14) drehbar angeordneten, ringförmigen Außenläufer (20), der eine Außenlau- ferausnehmung (22) aufweist mit einer Innenwand (24), auf der eine Mehrzahl von Innenzahnen (26, 26a, 26b) ausgebildet ist,
- einem in der Außenlauferausnehmung (22) drehbar angeordneten Innenlaufer (18), der eine Außenwand (28) aufweist mit einer Mehrzahl von Außenzahnen (30, 30a, 30b), die in kammenden Eingriff mit den Innenzahnen (26, 26a, 26b) des Außenläufers (20) sind, wobei die Zahl der Innenzahne (26, 26a, 26b) mindestens um eins großer ist als die Zahl der Außenzahne
(30, 30a, 30b), und die Innenzahne (26, 26a, 26b) und die Außenzahne (30, 30a, 30b) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass sie eine Mehrzahl von Verdrangerkammern (32) bilden, und wobei der Innenlaufer (18) und der Außenläufer (20) in einem gemeinsamen Drehsinn (D) antreibbar sind, und
- einer in dem Pumpengehause (12) ausgebildeten Fluidein- lasskammer (34) und einer in dem Pumpengehause (12) ausgebildeten Fluidauslasskammer (38), wobei die Fluidauslasskammer
(38)und die Fluideinlasskammer (34) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass Fluid mittels der Verdrangerkammern (32) von der Fluideinlasskammer (34) zu der Fluidauslasskammer (38) forderbar ist, wobei ein bezogen auf den gemeinsamen Drehsinn (D) des Innen- laufers (18) und des Außenläufers (20) vorderes Ende (35) der Fluideinlasskammer (34) und ein bezogen auf den gemeinsamen Drehsinn (D) des Innenlaufers (18) und des Außenläufers (20) hinteres Ende (42) der Fluidauslasskammer (38) einen ersten Winkel (BETA_K1) miteinander einschließen, der mindestens das Zweifache eines Winkelabstands (ALPHA_I) zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen (26, 26a, 26b) ist.
2. Gerotorpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei die Fluidauslasskammer (38) bezogen auf den Drehsinn (D) des Innenlaufers (18) und des Außenläufers (20) eine geringere Ausdehnung hat als die Fluideinlasskammer (34) .
3. Gerotorpumpe (10) nach Anspruch 1, wobei ein bezogen auf den Drehsinn (D) des Innenlaufers (18) und des Außenläufers
(20) vorderes Ende (40) der Fluidauslasskammer (38) und ein bezogen auf den Drehsinn (D) des Innenlaufers (18) und des Außenläufers (20) hinteres Ende (36) der Fluideinlasskammer (34) einen zweiten Winkel (BETA_K2) miteinander einschließen, der mindestens das Zweifache des Winkelabstands (ALPHA I) zwischen zwei jeweils benachbarten Innenzahnen (26, 26a, 26b) ist.
4. Gerotorpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zahl der Außenzahne (30, 30a, 30b) des Innenlaufers (18) mindestens 10 ist.
5. Gerotorpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Pumpengehause (12) ausgebildet ist eine mit der Fluideinlasskammer (34) hydraulisch gekoppelte Fluidzu- laufleitung (50), die eine Richtungskomponente tangential zu dem Drehsinn (D) hat.
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