WO2016091245A1

WO2016091245A1 - Gerotorpumpe

Info

Publication number: WO2016091245A1
Application number: PCT/DE2015/000574
Authority: WO
Inventors: Andreas Blechschmidt
Original assignee: Nidec Gpm Gmbh
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2016-06-16
Also published as: US20170335844A1; US10451056B2; KR20170093218A; CN107250541B; JP6639505B2; BR112017010529A2; EP3230592A1; EP3230592B1; DE102014018179B3; CN107250541A; JP2017537265A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gerotorpumpe für Rotoren mit Zahnkopfdurchmessern von ca. 20 bis ca. 40 mm, die mit Förderdrücken im Bereich zwischen 3 bis 20 bar arbeiten und zum Fördern von kaum schmierenden Medien, wie beispielsweise als Ölpumpe im Kfz-Bereich zum Fördern von Motorölen mit niedriger Viskosität, eingesetzt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gerotorpumpe mit einem hülsengeführten Rotor zu entwickeln, welche bei Einsatz von niedrig viskosen Fördermedien, wie "dünnflüssigem Leichtlauföl", in Verbindung mit dem Einsatz bei kleineren Pumpensystemen, deren Rotoren Zahnkopfdurchmesser von ca. 20 bis ca. 40 mm aufweisen und deren Förderdrücke im Bereich von 3 bis 20 bar liegen, und die bei geringen Drehzahlen im Bereich von 500 bis 1.000 U/min und hohen Förderdrücken das überproportionale Ansteigen des Antriebsmomentes bei gleichzeitigem Wirkungsgradverlust deutlich reduzieren. Die erfindungsgemäße Gerotorpumpe, mit beidseitig der Stirnwände (5) der miteinander kämmenden Zahnräder angeordneten Seitenwänden (6), wobei in wenigstens einer dieser Seitenwände (6), je eine kreisbogenförmige Druckniere (8) und gegenüberliegend eine kreisbogenförmige Saugniere (9) angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass an der der Druckniere (8) und der Saugniere (9) benachbarten Stirnwand (5) des Rotors (1) an jedem Zahn (10) über dessen Zahnhöhe (H) jeweils eine entweder in der Zahnmittenebene (M) beginnende, oder in Rotationsrichtung (R) des Rotors (1) vor der Zahnmittenebene (M) "versetzt" beginnende, zur Oberflächenebene der Stirnwand (5) des Rotors (1) in Drehrichtung (R) des Rotors (1) geneigte Schmierfläche (11) angeordnet ist, welche aus einer ebenen Fläche oder mehreren aneinander anschließenden, ebenen Teilflächen gebildet wird, die gegenüber der Oberflächenebene der Stirnwand (5) des Rotors (1) jeweils einen Neigungswinkel (α, ß, γ...) einschließen, welcher jeweils im Bereich von 0,2° bis 7° liegt.

Description

Gerotorpumpe

Die Erfindung betrifft eine Gerotorpumpe für Rotoren mit Zahnkopfdurchmessern von ca. 20 bis ca. 40 mm, die mit Förderdrücken im Bereich zwischen 3 bis 20 bar arbeiten und zum Fördern von kaum schmierenden Medien, wie beispielsweise als Ölpumpe im Kfz-Bereich zum Fördern von Motorölen mit niedriger Viskosität, eingesetzt werden.

Im Stand der Technik gibt es eine Vielzahl von Anmeldungen zum Prinzip und zur Funktionsweise von Gerotorpumpen mit einem außenverzahnten Innenrad und einem innenverzahnten Zahnring, dem Außenrad, welches in einer kreisförmigen Aussparung eines Gehäuseringes derart geführt ist, dass beide Zahnräder in einem kämmenden Eingriff stehen und um ihre eigenen, aber gegeneinander versetzten Achsen rotieren, wobei die in Eingriff stehenden Rotoren umfänglich miteinander Druckräume (Druckkammern) bilden, die sich in ihrer Größe und ihrer Lage zyklisch verändern.

Beidseitig dieser miteinander kämmenden Zahnräder sind Stirnwände als Deckel und/oder Gehäuse angeordnet, wobei in wenigstens einer der Stirnwände/Deckel zu beiden Seiten der die Achsen enthaltende, im Schnitt als Mittellinie erscheinende Exzentrizitätsebene, einerseits eine kreisbogenförmige Drucknut und anderseits eine kreisbogenförmige Saugnut angeordnet ist.

Diese nach dem Gerotor-Prinzip arbeitenden Zahnradpumpen erfordern eine hochgenaue Einhaltung der Exzentrizität, und bei Einsatz für den KfZ-Bereich eine möglichst kostengünstige Fertigung, bei hoher Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer.

In der DE 10 2012 205 406 A1 wird eine Gerotorpumpe vorbeschrieben, bei der mittels gekrümmter, von der Geraden abweichenden Eingriffslinien und einem entlang des gesamten Verzahnungsprofiles angeschrägten Randbereich der Stirnwand des Zahnrades, eine Reduzierung der Druckpulsation bewirkt werden soll, die eine Reduzierung der Geräuschbildung beim Betrieb der vg. Gerotorpumpe zur Folge hat.

Dabei wird bei dieser Lösung, auf Grund der aus dieser Lösung resultierenden Spaltverbindung, zwischen den Zahnkammern eine Verschlechterung des Dichtverhaltens zwischen den Randbereichen der Zahnflanken beim Betrieb dieser Verdrägermaschine, in Kauf genommen.

Auch eine in der DE 10 2006 047 312 A1 in Verbindung mit einer Gerotorpumpe vorgestellte Lösung dient der Reduzierung der Druckspitzen beim Betrieb dieser hydraulischen Maschine.

Bei der Lösung nach der DE 10 2006 047 312 A1 sind an beiden Seiten des Zahnrades, beidseitig des Scheitelpunktes am Zahnkopf, rechteckförmige Ausnehmungen angeordnet, welche zu den Zeitpunkten, an denen die Druckkammer ein minimales oder maximales Volumen aufweist, einen Kurzschluss mit der benachbarten Druckkammer bewirken, wodurch ein Rückströmen des Fluids zur benachbarten Kammer, und damit ein Druckausgleich ermöglicht wird. In Folge einer dadurch bewirkten Reduzierung der positiven und negativen Druckspitzen soll hier das Betriebsverhalten der hydraulischen Maschine verschleißarm gestaltet werden. In der DE 26 06 172 C2 wird eine weitere Bauform einer Gerotorpumpe mit kleinen radialen Abmessungen vorbeschrieben, bei der durch das einseitige Anbringen eines, an einer durchgehenden Stirnwand der Gerotorpumpe anliegenden, in einer Ringnut an der benachbarten Zahnradstirnseite lagepositionierten Dichtringes die Leckageverluste klein gehalten werden sollen. Dieses einseitige Anbringen eines Dichtelementes am Innenrotor bewirkt jedoch, dass das Zahnrad mit erheblicher Kraft gegen die gegenüberliegende, mit der Öffnung versehene Stirnwand gedrückt wird. Um nun die aus der hohen Normalkraft resultierenden sehr hohen Reibungskräfte zu reduzieren, sind an der dem Dichtelement gegenüberliegenden Stirnseite des Zahnrades, an jedem Zahnkopf oben, über einen Teil der Zahnkopfhöhe, symmetrisch zur Zahnmittenachse, zwei mit den benachbarten Verdrängerkammern verbundene Druckkompensationsflächen in Form von zwei Vertiefungen angeordnet, die durch einen radialen Steg voneinander getrennt sind. Mittels dieser Druckkompensationsflächen soll die durch die einseitige Abdichtung hervorgerufene hohe, eine Reibkraft bewirkende Normalkraft, die axiale Dichtkraft, soweit abgesenkt bzw. kompensiert werden, dass zwar noch eine den Leckagespalt verringernde Andruckkraft des Zahnrades an die mit der Öffnung versehene Stirnwand vorhanden ist, diese Andruckkraft jedoch so weit reduziert ist, dass eine "übermäßige" Reibung nicht mehr auftritt. Dabei bewirkt der, zwischen beiden Verdrängerkammern an der Stirnseite des Zahnkopfes angeordnete, radiale Steg, dass die am Zahnkopf einander benachbart angeordneten Verdrängerkammern nicht kurzgeschlossen werden.

Doch bei dieser Lösung einer Gerotorpumpe mit kleinem radialem Durchmesser wird durch den anliegenden Pumpendruck am Zahnrad/Innenrotor eine Kippkraft bewirkt, die einen partiellen Kontakt des Innenrotors über ca. 180° des Drehwinkels mit der gegenüberliegenden Stirnwand der Gerotorpumpe bewirkt, und einen nicht zu vernachlässigenden Verschleiß zur Folge hat. Diese Verschleißproblematik, wie auch die bei derartigen Bauformen zwangsläufig auftretenden Reibkräfte treten verstärkt bei der Förderung von Medien mit niedriger Viskosität auf und haben zudem hohe Antriebsdrehmomente zur Folge.

Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs kamen im Kfz-Bereich in den vergangenen Jahren verstärkt Motoröle mit niedriger Viskosität zum Einsatz.

Beim Durchleiten (Fördern) von kaum schmierenden Medien besteht daher auch bei Ölpumpen die Notwendigkeit, sehr harte und gleichzeitig korrosionsbeständige Werkstoffe zu verwenden, z.B. Keramik oder Hartmetall.

Der Einsatz dieser Werkstoffe ist bei allen tribologisch beanspruchten Funktionsbauteilen der Gerotorpumpe sinnvoll, um so den bei Einsatz von weichen Werkstoffen stetigen Verschleiß zu vermeiden.

Aus fertigungstechnischer Sicht, insbesondere aus Kostengründen, ist jedoch die Herstellung des Pumpengehäuses aus Keramik oder Hartmetall sehr kostenintensiv.

Seit Jahrzehnten ist der Einsatz von hülsengeführten Rotoren, mit verschleißarmen Lagerhülsen aus Keramik oder Hartmetall üblich. Ebenso ist die Fixierung dieser Hülsen in Pumpengehäusen aus Guss/Leichtmetall mittels Klebstoff o.ä. seit Jahren bekannt.

In Verbindung mit dem Einsatz von hülsengeführten Rotoren, insbesondere bei kleineren Pumpensystemen, deren Rotoren Zahnkopfdurchmesser von ca. 20 bis ca. 40 mm aufweisen und die mit Förderdrücken im Bereich von 3 bis 20 bar arbeiten, macht sich insbesondere bei geringen Drehzahlen im Bereich von 500 bis 1.000 U/min und hohem Arbeitsdruck ein überproportionales Ansteigen des Antriebsmomentes bei gleichzeitigem Wirkungsgradverlust bemerkbar.

Ursache hierfür ist, dass bei zu geringer Gleitgeschwindigkeit in Verbindung mit dem Einsatz von niedrig viskosen Fördermedien sich ein dynamisch tragender Schmierfilm nicht mehr aufbauen kann, so dass das System in den Zustand der Mischreibung übergeht.

Selbst bei Einsatz von verschleißarmen Lagerhülsen aus Keramik oder Hartmetall treten bei hülsengeführten Rotoren, insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz von Pumpengehäusen aus Guss/Leichtmetall, messbare Verschleißerscheinungen im Bereich beidseitig der Saugnut am Gehäuse und/oder am Deckel auf, welche mit steigenden Arbeitsdrücken und sinkender Viskosität des zu fördernden Mediums auf ein Anlaufen des Rotors am Gehäuse und/oder am Deckel zurückzuführen ist, und mit der Einsatzdauer zunehmende Leckageverluste zwischen der Druck- und der Saugseite der Gerotorpumpe zur Folge hat.

Dies führt zu einem überproportionalen Anstieg des Antriebsmomentes bei gleichzeitigem Wirkungsgradverlust der Pumpe, wodurch neben der Zuverlässigkeit auch die Lebensdauer der oben beschriebenen Gerotorpumpe stark beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gerotorpumpe mit einem hülsengeführten Rotor zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt, und die bei Einsatz von niedrig viskosen Fördermedien, wie "dünnflüssigem Leichtlauföl", in Verbindung mit dem Einsatz bei kleineren Pumpensystemen, deren Rotoren Zahnkopfdurchmesser von ca. 20 bis ca. 40 mm aufweisen und deren Förderdrücke im Bereich von 3 bis 20 bar liegen, und die bei geringen Drehzahlen im Bereich von 500 bis 1.000 U/min und hohen Förderdrücken das überproportionale Ansteigen des Antriebsmomentes bei gleichzeitigem Wirkungsgradverlust deutlich reduzieren, so dass die erfindungsgemäße Gerotorpumpe mit hoher Zuverlässigkeit und bei langer Lebensdauer stets einen hohen Pumpenwirkungsgrad gewährleistet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Zahnradpumpe nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruches der Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den zeichnerischen Darstellungen zur erfindungsgemäßen Lösung.

Diese Darstellungen zeigen in

Figur 1 : eine Gerotorpumpe, im Schnitt, in der Seitenansicht;

Figur 2 : den räumlichen Blick auf die Seitenwand 6 des Deckels 7, einer gemäß dem Stand der Technik analog zur Figur 1 aufgebauten und gegenwärtig aufgabengemäß eingesetzten Gerotorpumpe, mit den im Stand der Technik üblichen Verschleißspuren 13;

Figur 3 : die Draufsicht auf einen erfindungsgemäß aufgebauten Rotor 1 mit einer ebenen unter einem Neigungswinkel α geneigten Schmierfläche 11 ;

Figur 4 : die Draufsicht auf die als Einzelheit dargestellte Zahnwandung eines Zahnes 10 einer weiteren möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsform mit in Rotationsrichtung R des Rotors 1 vor der Zahnmittenebene M "versetzt" beginnender, ebener, unter einem Neigungswinkel α geneigter Schmierfläche 11 eines mit diesen Zahnwandungen ausgestatteten, analog zur Figur 3 aufgebauten Rotors; Figur 5 : die Draufsicht auf einen erfindungsgemäß aufgebauten Rotor 1 mit unter zwei Neigungswinkeln α und ß abgestuft geneigter Schmierfläche 11 ;

Figur 6 : die Draufsicht auf die als Einzelheit dargestellte Zahnwandung eines Zahnes 10 einer weiteren möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsform mit in Rotationsrichtung R des Rotors 1 vor der Zahnmittenebene M "versetzt" beginnender, unter zwei Neigungswinkeln α und ß abgestuft geneigter Schmierfläche 1 1 eines mit diesen Zahnwandungen ausgestatteten, analog zur Figur 5 aufgebauten Rotors.

Die erfindungsgemäße, in der Figur 1 dargestellte, Gerotorpumpe mit einem außenverzahnten, wie in den Figuren 3 bis 6 dargestellten Innenrad, dem Rotor 1 , und einem innenverzahnten Außenrad, dem Zahnring 2, welcher in einer kreisförmigen Arbeitskammer eines Pumpengehäuses 3 derart geführt ist, dass beide Zahnräder in einem kämmenden Eingriff stehen und um ihre eigenen, aber gegeneinander versetzten Achsen rotieren, wobei der Rotor 1 auf einer Lagerhülse 4 einseitig gelagert ist, und beidseitig der Stirnwände 5 der miteinander kämmenden Zahnräder jeweils Seitenwände 6 angeordnet sind, die entweder im Pumpengehäuses 3 integriert, oder als Deckel 7 am Pumpengehäuse 3 angeordnet sein können, wobei in wenigstens einer dieser Seitenwände 6, zu beiden Seiten der die gegeneinander versetzten Achsen von Rotor 1 und Zahnring 2 enthaltenden Exzentrizitätsebene, je eine kreisbogenförmige Druckniere 8 und gegenüberliegend eine kreisbogenförmige Saugniere 9 angeordnet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass an der der Druckniere 8 und der Saugniere 9 benachbarten Stirnwand 5 des Rotors 1 an jedem Zahn 10 über dessen Zahnhöhe H jeweils eine, entweder in der Zahnmittenebene M beginnende, oder in Rotationsrichtung R des Rotors 1 vor der Zahnmittenebene M "versetzt" beginnende, zur Oberflächenebene der Stirnwand 5 des Rotors 1 in Drehrichtung R des Rotors 1 geneigte Schmierfläche 1 1 angeordent ist, welche aus einer ebenen Fläche oder mehreren aneinander anschließenden, ebenen Teilflächen gebildet wird, die gegenüber der Oberflächenebene der Stirnwand 5 des Rotors 1 jeweils einen Neigungswinkel α, ß, γ ... einschließen, welcher jeweils im Bereich von 0,2° bis 7° liegt.

Mittels dieser an/in der/den der Druckniere 8 und der/den der Saugniere 9 benachbarten Stirnwand/Stirnwänden 5 des Rotors 1 an jedem Zahn 10 des Rotors 1 erfindungsgemäß in Rotationsrichtung R des Rotors 1 angeordneten, geneigte Schmierflächen 1 1 kann das, in der Figur 2, in einer räumlichen Darstellung der Seitenwand 6 des Deckels 7, gezeigte Verschleißverhalten von den im Stand der Technik aufgabengemäß eingesetzten Gerotorpumpen deutlich reduziert werden.

Die in der Figur 2 dargestellten, im heutigen Stand der Technik üblichen Verschleißspuren 13 sind darauf zurück zu führen, dass sich bei schlecht schmierenden Fördermedien, wie niedrigviskosen Fördermedien/Ölen, zwischen der Stirnwand 5 des Rotors 1 und der mit der Druckniere 8 und der Saugniere 9 versehenen benachbarten Seitenwand 6 des Pumpengehäuses 3 bzw. des Deckels 7, ein tragender Schmierfilm nicht mehr aufbauen kann, da die Gleitgeschwindigkeiten zu gering sind, so dass das System in den Zustand der Mischreibung übergeht, wobei infolge des Lagerspieles der Rotor 1 , durch eine von der Druckdifferenz, zwischen dem Druck in der Druckniere 8 und dem Druck in der Saugniere 9, bewirkten einseitigen Belastung an die benachbarte Seitenwand 6 der Gerotorpumpe anläuft, zunehmend "kippt", und sich dabei bis zu einem maximal möglichen Kippwinkel des Rotors 1 , der aus dem möglichen Führungsspiel "auf (d.h. zusammen mit) der Führungshülse resultiert, fortlaufend immer tiefer in die benachbarte/n Seitenwand / Seitenwände 6 "einfräst". Dieser Verschleiß ist selbst mit sehr kostenintensiven Gleitpaarungen nicht vollständig zu unterbinden, da in diesem Mischreibungsbereich alle klassischen Gleitlagerpaarungen versagen, wodurch im Dauerbetrieb, auch bei sehr teuren Gleitpaarungen, selbst in Verbindung mit kostenintensiven Beschichtungen o.a., ein ständig fortschreitender Verschleiß eintritt, der nicht beherrschbar ist und einen kontinuierlichen Wirkungsgradverlust der Pumpe infolge ständig zunehmender, verschleißbedingter Leckageverluste zur Folge hat.

Die erfindungsgemäße, an jedem Zahn 10 des Rotors 1 in Rotationsrichtung R des Rotors 1 , an/in der der Druckniere 8 und der der Saugniere 9 benachbarten Stirnwand 5 des Rotors 1 angeordnete geneigte Schmierfläche 1 1 bewirkt, selbst unter ungünstigen Rahmenbedingungen, wie hohe Arbeitsdrücke, bei der Förderung von schlecht schmierenden Fördermedien, bei gleichzeitig niedrigen Gleitgeschwindigkeiten der Gleitpartner, und kostengünstigen Gleitpaarungen, den Aufbau eines hydrodynamisch tragenden Schmierfilmes zwischen der Stirnwand 5 des Rotors 1 und der dieser jeweils benachbarten Seitenwand 6 der Gerotorpumpe.

Kennzeichnend ist in diesem Zusammenhang, dass die zur Oberflächenebene der Stirnwand 5 in Rotationsrichtung R des Rotors 1 geneigte Schmierfläche 1 1 eben, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, ausgebildet ist, und aus einer ebenen Fläche besteht, die gegenüber der Oberflächenebene der Stirnwand 5 des Rotors 1 einen Neigungswinkel α einschließt, welcher im Bereich von 0,2° bis 7° liegt.

Sehr gute Ergebnisse werden beispielsweise mit einer ebenen Schmierfläche, wie in der Figur 3 dargestellt, erreicht, die gegenüber der Oberflächenebene der Stirnwand 5 des Rotors 1 unter einem Neigungswinkel α von 0,5° geneigt ist.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird, wie in der Figur 5 dargestellt, die an der Stirnwand 5 des Rotors 1 an jedem Zahn 10 angeordnete Schmierfläche 11 aus jeweils zwei aneinander anschließenden, ebenen Teilflächen gebildet, die gegenüber der Oberflächenebene der Stirnwand 5 des Rotors 1 jeweils einen Neigungswinkel von α oder ß einschließen, wobei α kleiner als ß ist, und die unter dem größeren Neigungswinkel ß geneigte Teilfläche der Schmierfläche 11 am Flächenauslauf 14 in die Oberflächenebene der Stirnwand 5 des Rotors 1 übergeht.

In diesem in der Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Neigungswinkel 0,2° und der Neigungswinkel ß 5°. Beide Teilflächen der Schmierfläche 1 1 bilden miteinander eine Flächentrennende 15 und liegen dabei unter einem stumpfen Winkel aneinander, wobei die unter dem "zweiten" Neigungswinkel ß geneigte Teilfläche der Schmierfläche 1 1 am Flächenauslauf 14 in die Oberflächenebene der Stirnwand 5 des Rotors 1 übergeht. Beide Teilflächen der Schmierfläche 1 1 gehen in Richtung der Rotormitte entlang einer steilen Flächenkante 16 in die Oberflächenebene der Stirnwand 5 des Rotors 1 über. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Rotor 1 aus dem Werkstoff SintD39, der Zahnring 2 ebenfalls aus SintD39, der Lagerring 12 aus St38 und das Pumpengehäuse 3 besteht aus dem Werkstoff AISi9Cu3.

Die im Ausführungsbeispiel, gemäß der Figur 5, dargestellten, an jedem Zahn 10 angeordneten, in der, tangential zur Rotationsrichtung und parallel zur Mittenachse des Rotors 1 verlaufenden Neigungsebene E unter den vg. Neigungswinkeln und ß geneigten, ebenen Teilflächen der Schmierfläche 1 1 sind fertigungstechnisch einfach und kostengünstig herstellbar und gewährleisten unter den vg. Einsatzbedingungen eine optimale Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung.

Erfindungsgemäß ist auch, wenn, wie in den Figuren 4 und 6 dargestellt, die in der Stirnwand 5 des Rotors 1 an jedem Zahn 10 über die gesamte Zahnhöhe H angeordneten Schmierflächen 1 1 , in Rotationsrichtung R des Rotors 1 vor der Zahnmittenebene M "versetzt" derart angeordnet sind, dass diese parallel zur Zahnmittenebene M und um den Versatz V von maximal 20% der Zahnfußbreite B versetzt beginnen. Dadurch wird, wie bei einem axialen Gleitlager, ein lokaler Druckaufbau bewirkt, der die Reibkraft zwischen dem Rotor 1 und dem Deckel 7 nochmals messbar reduziert.

Erfindungswesentlich ist auch, dass die Lagerhülse 4 aus einem Keramikwerkstoff besteht der an seiner Lageroberfläche eine geringe Rauhtiefe aufweist.

In den vorliegenden Ausführungsbeispielen liegen die Rauheitswerte der Lageroberfläche der Lagerhülse 4 um Rz = 1 , wobei die Lagerhülse 4 selbst aus dem Werkstoff Al₂0₃ besteht.

Die Rauheit der zugeordneten Lagerbohrung des Rotors 1 liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei Rk <= 3.

In allen Ausführungsbeispielen war selbst nach über 2.100 h Dauertest unter Maximalbelastung, messtechnisch kein Verschleiß, weder an der Lagerhülse 4 noch am Rotor 1 , nachweisbar.

An der "Lagerfläche" des Rotors 1 , am Deckel 7, trat zudem überraschenderweise ein bisher nicht erklärbarer mikrodynamischer Effekt in Form einer "Eigenpolitur" auf, welcher gegenwärtig mit der Gleitlagertheorie nicht erklärbar ist, da die definitiv vorhandene Mischreibung wegen des direkten Körperkontaktes nach gängiger Theorie progressive Verschleißspuren erzeugen müsste. Dieser Verschleiß war jedoch selbst nach Langzeittests unter Maximalbelastung nicht nachweisbar.

Kennzeichnend ist weiterhin, dass die Führungslänge F der Lagerhülse 4 das 2 - fache bis 2.3 - fache des Lagerdurchmessers D beträgt.

Dadurch wird eine Verformung der Hülsenbohrung und ein daraus resultierendes "Kippen" des Rotors 1 selbst bei Pumpengehäusen 3 aus Leichtmetall (z.B. AL-Legierungen) wirksam reduziert.

Vorteilhaft ist unabhängig von der Hülsenfixierung, insbesondere bei Gussgehäusen, dass der Umgebungsbereich der Hülsenführung konstruktiv mit hoher Steifigkeit ausgebildet wird, um eine mögliche Verformung der Hülsenbohrung, durch die auf die Lagerhülse 4 einwirkende "Arbeitslast" des Rotors 1 , wirksam zu unterbinden.

Kennzeichnend ist auch, dass die Führungslänge F der Lagerhülse 4 etwa 53% bis 60% der Gesamtlänge L der Lagerhülse 4 beträgt.

In Verbindung mit der vorgenannten Ausbildung des Umgebungsbereiches der Hülsenbohrung gewährleistet die erfindungsgemäße Führungslänge F der Lagerhülse 4 neben einer lagesicheren Positionierung, ob durch Kleben oder durch Presssitz, der Lagerhülse 4 im Pumpengehäuse 3, in Verbindung mit dem Einsatz einer Lagerhülse 4 aus einem Material mit einem hohen E-Modul (z.B. Keramik / E-Modul ca. 380 bis 400 GPa) bei gleichzeitiger biegesteifer, (d.h. bei hoher radialer Belastung einer Durchbiegung der Lagerhülse 4 entgegenwirkenden) Gestaltung der Lagerhülse, eine zuverlässige Positionierung des Rotors 1 im Pumpengehäuse 3.

Vorteilhaft ist auch, wenn das Pumpengehäuse 3 aus Aluminiumguss hergestellt ist. Dies ermöglicht neben einer kostengünstigen, fertigungstechnisch einfachen Herstellung gleichzeitig eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer.

Somit ist es mittels der erfindungsgemäßen Lösung gelungen eine Gerotorpumpe mit hülsengeführten Rotoren zu entwickeln, welche selbst bei Einsatz von niedrig viskosen Fördermedien, wie "dünnflüssigem Leichtlauföl", in Verbindung mit dem Einsatz bei kleineren Pumpensystemen, deren Rotoren Zahnkopfdurchmesser von ca. 20 bis ca. 40 mm aufweisen und deren Förderdrücke im Bereich von 3 bis 20 bar liegen, und die selbst bei geringen Drehzahlen im Bereich von 500 bis 1.000 U/min und hohem Förderdruck das überproportionale Ansteigen des Antriebsmomentes bei gleichzeitigem Wirkungsgradverlust deutlich reduzieren, so dass die erfindungsgemäße Gerotorpumpe bei hoher Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer stets einen hohen Pumpenwirkungsgrad gewährleistet. Bezugszeichenzusammenstellung

1 Rotor

2 Zahnring

3 Pumpengehäuse

4 Lagerhülse

5 Stirnwand

6 Seitenwand

7 Deckel

8 Druckniere

9 Saugniere

10 Zahn

1 1 Schmierfläche

12 Lagerring

13 Verschleißspuren

14 Flächenauslauf

15 Flächentrennende

16 Flächenkante

H Zahnhöhe

B Zahnfußbreite

M Zahnmittenebene

R Rotationsrichtung

F Führungslänge

L Gesamtlänge D Lagerdurchmesser E Neigungsebene V Versatz α, ß, γ Neigungswinkel

Claims

Patentansprüche

1. Gerotorpumpe mit einem außenverzahnten Innenrad, dem Rotor (1 ) und einem innenverzahnten Außenrad, dem Zahnring (2), welcher in einer kreisförmigen Arbeitskammer eines Pumpengehäuses (3) derart geführt ist, dass beide Zahnräder in einem kämmenden Eingriff stehen und um ihre eigenen, aber gegeneinander versetzten Achsen rotieren, wobei der Rotor (1 ) auf einer Lagerhülse (4) einseitig gelagert ist, und beidseitig der Stirnwände (5) der miteinander kämmenden Zahnräder jeweils Seitenwände (6) angeordnet sind, die entweder im Pumpengehäuses (3) integriert, oder als Deckel (7) am Pumpengehäuse (3) angeordnet sein können, wobei in wenigstens einer dieser Seitenwände (6), zu beiden Seiten der die gegeneinander versetzten Achsen von Rotor (1 ) und Zahnring (2) enthaltenden Exzentrizitätsebene, je eine kreisbogenförmige Druckniere (8) und gegenüberliegend eine kreisbogenförmige Saugniere (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Druckniere (8) und der Saugniere (9) benachbarten Stirnwand (5) des Rotors (1) an jedem Zahn (10) über dessen Zahnhöhe (H) jeweils eine entweder in der Zahnmittenebene (M) beginnende, oder in Rotationsrichtung (R) des Rotors (1 ) vor der Zahnmittenebene (M) "versetzt" beginnende, zur Oberflächenebene der Stirnwand (5) des Rotors (1 ) in Drehrichtung (R) des Rotors (1) geneigte Schmierfläche (11) angeordnet ist, welche aus einer ebenen Fläche oder mehreren aneinander anschließenden, ebenen Teilflächen gebildet wird, die gegenüber der Oberflächenebene der Stirnwand (5) des Rotors (1 ) jeweils einen Neigungswinkel (α, ß, γ...) einschließen, welcher jeweils im Bereich von 0,2° bis 7° liegt.

2. Gerotorpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die zur Oberflächenebene der Stirnwand (5) in Rotationsrichtung (R) des Rotors (1) geneigte Schmierfläche ( 1 ) aus jeweils zwei aneinander anschließenden, ebenen Teilflächen gebildet wird, die gegenüber der Oberflächenebene der Stirnwand (5) des Rotors (1 ) jeweils einen Neigungswinkel von (a) oder (ß) einschließen, wobei (a) kleiner als (ß) ist, und die unter dem größeren Neigungswinkel (ß) geneigte Teilfläche der Schmierfläche (1 1 ) am Flächenauslauf (14) in die Oberflächenebene der Stirnwand (5) des Rotors (1 ) übergeht.

3. Gerotorpumpe nach Anspruch 1 , oder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Stirnwand (5) des Rotors (1 ) an jedem Zahn (10) über die gesamte Zahnhöhe (H) angeordneten Schmierflächen (1 1 ), in Rotationsrichtung (R) des Rotors (1 ) vor der Zahnmittenebene (M) "versetzt" derart angeordnet sind, dass diese parallel zur Zahnmittenebene (M) und um den Versatz (V) von maximal 20% der Zahnfußbreite (B) versetzt beginnen.

4. Gerotorpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (4) aus einem Keramikwerkstoff besteht der an seiner Lageroberfläche eine geringe Rauhtiefe aufweist.

5. Gerotorpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungslänge (F) der Lagerhülse (4) das 2 - fache bis 2.3 - fache des Lagerdurchmessers (D) beträgt.

6. Gerotorpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungslänge (F) der Lagerhülse (4) etwa 53% bis 60% der Gesamtlänge (L) der Lagerhülse (4) beträgt.