Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
VOLUME FLOWRATE-VARIABLE ROTOR PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/019650
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a volume flowrate-variable rotor pump (1) comprising: a pump case (2) that has an induction connection (3) and a pressure connection (4); an outer rotor (9) that is accommodated in an actuator (7), and; an inner rotor (10), which can be driven, is eccentrically mounted in the outer rotor (9), and which as an external toothing (10a), whereby the number of teeth of the outer toothing exceeds that of the inner toothing by one. The inner toothing and outer toothing mesh with one another, and the volume flowrate can be modified by changing the position of the actuator (7). The invention provides that a fine toothing (10b) is superimposed on the outer toothing (10a), and the inner toothing is formed by planetary rotors (11), which are accommodated in the outer rotor (9), are rotationally mounted, and which also having a fine toothing (11a).

Inventors:
GETHOEFER FRANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/008122
Publication Date:
March 03, 2005
Filing Date:
July 21, 2004
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
GETHOEFER FRANK (DE)
International Classes:
F04C2/10; F04C14/10; F04C14/22; (IPC1-7): F04C2/10; F04C2/08; F04C15/04
Foreign References:
EP0846861A11998-06-10
DE10207350A12002-09-12
DE19646359A11998-05-14
DE10037891A12002-02-21
DE19922792A12000-11-23
Attorney, Agent or Firm:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG (Friedrichshafen, DE)
Download PDF:
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) aufge nommenen Außenrotor (9) und mit einem exzentrisch im Außen rotor (9) angeordneten, antreibbaren Innenrotor (10) mit Außenverzahnung (lOa), wobei die Zähnezahl der Außenverzah nung um eins größer als die der Innenverzahnung ist, die Innenund die Außenverzahnung miteinander in Eingriff ste hen und der Volumenstrom durch eine Lageveränderung des Stellgliedes (7) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenverzahnung (lOa) eine Feinverzahnung (lOb) überlagert ist und die Innenverzahnung durch im Außenro tor (9) aufgenommene, drehbar gelagerte, ebenfalls eine Feinverzahnung (lla) aufweisende Planentenrotoren (11) ge bildet ist.
2. Rotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, 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 gekennzeich net, dass das Stellglied im Pumpengehäuse drehbar gelagert und zur Lageänderung verstellbar ist.
4. Rotorpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, dass die Außenverzahnung des Innenro tors (10) neun Zähne (lOa) aufweist und der Außenrotor (9) zehn Planetenrotoren (11) trägt.
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 ex- zentrisch im Außenrotor aufgenommenen Innenrotor, der eine Außenverzahnung trägt. Die Zahnform wird durch die Geomet- rie einer Trochoidenkurve beschrieben und ist derartig ges- taltet, dass alle Zahnköpfe des angetriebenen Innenrotors zu jedem Zeitpunkt einer Umdrehung Dichtspalte mit der In- nenkontur des Außenrotors bilden. Diese Dichtspalte, welche im Eingriffsbereich eine Linienberührung darstellen, be- grenzen 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 SHW (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 Winkel- lage der Exzentrizitätsachse des Verzahnungsrotorsatzes der Pumpe gegenüber der Nierenkontur. Über diese Exzenterstel- lung 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 die- sem Grund einen relativ niedrigen volumetrischen Wirkungs- grad, 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 Innenverzah- nung des Außenrotors durch Planetenrotoren ersetzt ist, die ebenfalls eine Feinverzahnung aufweisen und im Außenrotor

drehbar gelagert sind. Dadurch wird der Vorteil einer bes- seren Abdichtung der Verdrängerräume erreicht. Nachteilig bei diesen Pumpen ist, dass sie hinsichtlich ihres Volumen- stromes nicht regelbar sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine volu- menstromvariable Rotorpumpe der eingangs genannten Art be- züglich ihres volumetrischen Wirkungsgrades zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patenta- spruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Innen-und Außenverzahnung des Rotorsatzes eine Feinverzah- nung überlagert ist, wobei die Innenverzahnung des Außenro- tors durch feinverzahnte Planetenrotoren gebildet wird.

Damit wird der Vorteil erreicht, dass die Dichtwirkung zwi- schen den einzelnen Verdrängungskammern infolge gleichzei- tigen Eingriffs mehrerer Zähne, die wie eine Labyrinthdich- tung wirken, verbessert wird. Infolge dessen wird auch der Vorteil eines verbesserten volumetrischen Wirkungsgrades erreicht. Damit ist die volumenstromvariable Gerotorpumpe auch für höhere Drücke bis zu 20 oder sogar 80 bar und so- mit für neue Anwehdungsgebiete einsetzbar. Zwar sind be- reits so genannte Sichelzahnradpumpen für diese Drücke ver- fügbar, 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 Einstell- glied (Joma).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung beschrieben und wird im Folgenden näher erläu- tert. Die einzige Figur zeigt eine Rotorpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2, welches einen gestrichelt angedeuteten Sauganschluss 3 sowie einen ebenfalls gestrichelt angedeu- teten Druckanschluss 4 aufweist. Das Pumpengehäuse 2 weist eine Innenverzahnung 5 auf, in welcher ein mit einer Außen- verzahnung 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 ver- teilt zehn mit einer Feinverzahnung versehene Planetenroto- ren 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 über- lagerter Feinverzahnung 10b, lla 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 Feinverzahnung 10b mit der Feinverzahnung lla der Planetenrotoren 11 in Eingriff und treibt somit den Außenrotor 9 an. Zwischen den einzel- nen 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, lla zwischen Innen-und Außenro-

tor 9, 10, 11 werden die Verdrängerräume relativ gut abge- dichtet, und die Pumpe 1 arbeitet daher mit einem relativ hohen volumetrischen Wirkungsgrad.

Der Stellring 7 nimmt in der Zeichnung eine Regelposi- tion ein, die durch eine Achse E, eine so genannte Exzente- rachse 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 a gekennzeich- net 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 Win- kels a (oder zurück) bewirkt. Dieser selbstregelnde Mecha- nismus (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 För- dermenge und kann daher auch für höhere Drücke zur bedarfs- orientierten 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, beispiels- weise 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 lla Feinverzahnung 12 Verdrängungskammer (Saugseite) 13 Verdrängungskammer (Druckseite) 14 Spaltraum (Druckseite) 15 Spaltraum (Saugseite)