DE10255271C1

DE10255271C1 - Rotorpumpe

Info

Publication number: DE10255271C1
Application number: DE2002155271
Authority: DE
Inventors: Willi Schneider
Original assignee: Joma Hydromechanic GmbH
Current assignee: Joma Hydromechanic GmbH
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: WO2004046554A1

Abstract

Volumenstromvariable Rotorpumpe, mit einem einen Sauganschluss und einen Druckanschluss aufweisenden Pumpengehäuse, einem im Gehäuseinnern drehbar gelagerten, innenverzahnten Außenrotor und einem in diesem exzentrisch gelagerten, außenverzahnten Innenrotor, der von einer im Pumpengehäuse achsparallel zum Außenrotor gelagerten Antriebswelle antreibbar ist, wobei zur Änderung des Volumenstromes im Pumpengehäuse ein koaxial zur Antriebswelle gelagerter, verdrehbarer Stellring vorgesehen ist, in dem der Außenrotor exzentrisch und verdrehbar gelagert ist, wobei der Außenrotor mit Bypassnuten versehen ist, die den zwischen den Zähnen des Innenrotors und des Außenrotors gebildeten Förderraum mit dem Druckanschluss verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine volumenstromvariable Rotorpumpe, mit einem einen Sauganschluss und einem Druckanschluss aufweisenden Pumpengehäuse, einem im Gehäuseinneren drehbar gelagerten, innenverzahnten Außenrotor und einem in diesem exzentrisch gelagerten, außenverzahnten Innenrotor, der von einer im Pumpengehäuse achsparallel zum Außenrotor gelagerten Antriebswelle antreibbar ist, wobei zur Änderung des Volumenstromes im Pumpengehäuse ein koaxial zur Antriebswelle gelagerter, verdrehbarer Stellring vorgesehen ist, in dem der Außenrotor exzentrisch und verdrehbar gelagert ist.

Rotorpumpen, bei denen das theoretische Fördervolumen dadurch veränderbar ist, dass das Zentrum des Außenrotors entlang eines Kreises verlagert wird, indem der Außenrotor in einem im Pumpengehäuse auf der Antriebswelle verdrehbar gelagerten Stellring exzentrisch und verdrehbar gelagert ist, und dadurch die relative Lage beider Rotoren zu den Saug- und Druckan schlüssen entsprechend veränderbar ist, sind aus der DE 102 07 348 A1 bekannt.

Das für die Rotorpumpe aufzubringende Drehmoment errechnet sich aus der Gleichung

M_d = (V_theor.Δp)/(k η_hm),

wobei:
M_d = Drehmoment
V_theor = theoretischer Volumenstrom
Δp = Druckdifferenz zwischen Sauganschluss und Druckanschluss
k = Konstante
η_hm = hydraulisch-mechanischer Wirkungsgrad

Es hat sich gezeigt, dass sich bei einer Verringerung des Volumenstroms, was durch eine Verdrehung des Stellringes erfolgt, sich das erforderliche Antriebsdrehmoment für die Rotorpumpe nicht oder kaum verändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotorpumpe der eingangs genannten Art bereit zu stellen, bei der sich das Antriebsdrehmoment verringert, wenn der Volumenstrom verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Rotorpumpe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Außenrotor mit Bypassnuten versehen ist, die den zwischen den Zähnen des Innenrotors und des Außenrotors gebildeten Förderraum mit dem Druckanschluss verbindet.

Diese Konstruktion hat den wesentlichen Vorteil, dass das erforderliche Antriebsdrehmoment proportional zum geförderten Volumenstrom ist. Das kann wie folgt erklärt werden. Wird bei einer Rotorpumpe gemäß dem Stand der Technik (DE 102 07 348 A1) der Stellring in Richtung eines verminderten Volumenstromes gedreht, dann wird der Außenrotor derart in seiner exzentrischen Lagerung verstellt, dass die Förderkammer, die zwischen zwei Zähnen des Innenringes und der Innenoberfläche des Außenringes gebildet wird, über einen sehr engen Strömungsquerschnitt in den Druckanschluss öffnet. Über diesen engen Querschnitt kann das im Förderraum sich befindende Fluid nicht so schnell abströmen, wie es über die Rotorpumpe oder den Innenrotor gefördert wird. Zwar wird ein geringeres Volumen gefördert, jedoch erhöht sich der Druck im Förderraum aufgrund der sehr engen Strömungsquerschnittes beträchtlich, wozu das entsprechende Drehmoment benötigt wird. Dieser erhöhte Druck im Förderraum erhöht zwar geringfügig den Druck im Druckanschluss, d. h. am Ausgang der Rotorpumpe, ist aber weder erforderlich noch gewünscht. Zudem erweitert sich dadurch der Außendurchmesser des Außenrotors, so dass dieser stärker in seinen Lagersitz gepresst wird, wodurch der hydraulisch-mechanische Wirkungsgrad verringert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Rotorpumpe wird der durch den verengten Überströmquerschnitt vom Förderraum in den Druck anschluss hervorgerufene Druckanstieg im Förderraum dadurch abgebaut, dass das Fluid den verengten Überströmquerschnitt über die Bypassnut umgehen und in den Druckanschluss abfließen kann. Vielmehr wird aufgrund der Bypassnut im Förderraum eine Druckanstieg von vornherein vermieden.

Dadurch wird der Druck im Druckanschluss und somit das Δp nicht erhöht. Da im Förderraum kein Druckanstieg stattfindet, wird auch der Durchmesser des Außenrotors nicht vergrößert, weshalb sich der hydraulisch-mechanischer Wirkungsgrad auch nicht verschlechtert. Hieraus folgt, dass das Antriebsdreh moment zum geförderten Volumenstrom proportional ist.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Bypassnut dann mit dem Druckanschluss fluidverbunden ist, wenn der entsprechende Zahn des Innenrotors von der Innenoberfläche des Außenrotors abhebt und den Förderraum zum Druckanschluss hin öffnet. Hierdurch wird gewährleistet, dass im Förderraum der gewünschte Druck, der am Druckanschluss anliegen muss, aufgebaut wird.

Um das maximal mögliche Fördervolumen und den maximal möglichen Druck bereit stellen zu können ist vorgesehen, dass die Bypassnut nur bei einer Stellung des Außenrotors für verminderten Volumenstrom mit dem Druckanschluss kommuniziert.

Eine diskontinuierliche Änderung des Druckes im Förderraum und im Druckanschluss und somit des Antriebsdrehmoments wird dadurch vermieden, dass der Öffnungsquerschnitt der Bypassnut in Richtung des Druckanschlusses mit sich verringerndem Volumenstrom zunimmt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer volumenstromvariablen Rotorpumpe in einer Stellung bei maximalem Volumenstrom;

Fig. 2 einen Querschnitt einer volumenstromvariablen Rotorpumpe in einer Stellung bei minimalem Volumenstrom, wobei der Innenrotor von a nach g entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird;

Fig. 3 einen Längsschnitt III-III gemäß Fig. 2a; und

Fig. 4 einen Schnitt IV-IV durch die Bypassnut gemäß Fig. 2d.

Die insgesamt mit 10 bezeichnete Rotorpumpe weist ein Pumpengehäuse 20 auf, in dem ein Stellring 22 auf einer Antriebstelle 26 verdrehbar und feststellbar gelagert ist. Im Stellring 22 ist ein mit einem Innenrotor 28 kämmender Außenrotor 30 verdrehbar und exzentrisch gelagert. Der Stellring 22 trägt am Außenumfang zwei einander diametral zugeordnete und von diesem radial abragende Flachkolben 66 und 68, die jeweils längs einer an das Pumpengehäuse 20 angeformten, kreissegmentförmigen Kolbenführung 70 bzw. 72 verstellbar sind.

Zwischen zwei Zähnen 32 und 34 des Innenrotors 28 und der Innenumfangsfläche 36 zwischen zwei Zähnen 38 und 40 des Außenrotors 30 wird ein Förderraum 42 gebildet, in welchem das über einen Sauganschluss 44 angesaugte Fluid gefördert und mit Druck beaufschlagt wird. Sobald bei 46 eine Verbindung zwischen dem Förderraum 42 und einem Druckanschluss 46 hergestellt ist, wird das im Förderraum 42 sich befindende Fluid in den Druckanschluss 46 verdrängt.

Aus Fig. 1 ist die Stellung des Stellringes 22 gezeigt, in der die größte Förderleistung (V_theormax) der Rotorpumpe 10 gegeben ist. Die Fig. 2a bis 2g zeigt die Stellung des Stellringes 22, bei V_theormin.

Befindet sich die Rotorpumpe 10 in einer Stellung für einen verminderten Volumenstrom, dann ist der Überströmquerschnitt bei 48 sehr eng. Sobald der Förderraum 42 mit dem Druckanschluss 46 über den Überströmquerschnitt 48 miteinander verbunden sind, kommunizieren Förderraum 42 und der Druckanschluss 46 auch über eine Bypassnut 50, die im Außenrotor 30 vorgesehen ist. Über diese Bypassnut 50 kann Fluid in den Druckanschluss 46 abströmen, wodurch ein unerwünschter Druckanstieg im Förderraum 42 vermieden wird. Die Bypassnut 50 ist so im Außenrotor 30 angeordnet, dass sie dann mit dem Druckanschluss 46 in Verbindung steht, wenn der Förderraum 42 über den Überströmquerschnitt 48 gerade mit dem Druckanschluss 46 verbunden wird.

In den Fig. 2a bis 2g wird der Innenrotor 28 in verschiedenen Drehstellungen gezeigt, in denen das im Förderraum 42 sich befindende Fluid allmählich in den Druckanschluss 46 verdrängt wird. Dabei ist erkennbar, dass sich der Überströmquerschnitt 48 nur geringfügig vergrößert, die Überdeckung 52 der Bypassnut 50 mit dem Druckanschluss 46 jedoch stärker vergößert.

Vorteilhaft befindet sich auf beiden Stirnseiten des Außenrotors 30 jeweils eine Bypassnut 50, so dass eine ausgeglichene Kräfteverteilung vorherrscht. Dies ist aus Fig. 4 ersichtlich, der außerdem entnommen werden kann, dass der Öffnungsquerschnitt der Bypassnut 50 in Richtung des Druckanschlusses 46 abnimmt.

Claims

1. Volumenstromvariable Rotorpumpe (10), mit einem einen Sauganschluss (44) und einen Druckanschluss (46) aufweisenden Pumpengehäuse (20), einem im Gehäuseinnern drehbar gelagerten, innenverzahnten Außenrotor (30) und einem in diesem exzentrisch gelagerten, außenverzahnten Innenrotor (28), der von einer im Pumpengehäuse (20) achsparallel zum Außenrotor (30) gelagerten Antriebswelle (26) antreibbar ist, wobei zur Änderung des Volumenstromes im Pumpengehäuse (20) ein koaxial zur Antriebswelle (26) gelagerter, verdrehbarer Stellring (22) vorgesehen ist, in dem der Außenrotor (30) exzentrisch und verdrehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrotor (30) mit Bypassnuten (50) versehen ist, die den zwischen den Zähnen (32, 34, 38, 40) des Innenrotors (28) und des Außenrotors (30) gebildeten Förderraum (42) mit dem Druckanschluss (46) verbinden.

2. Rotorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (50) dann mit dem Druckanschluss (46) fluidverbunden ist, wenn der entsprechende Zahn (34) des Innenrotors (28) von der Innenoberfläche (36) des Außenrotors (30) abhebt und den Förderraum (42) zum Druckanschluss (46) hin öffnet.

3. Rotorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassnut (50) nur bei einer Stellung des Außenrotors (30) für verminderten Volumenstrom mit dem Druckanschluss (46) kommuniziert.

4. Rotorpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt der Bypassnut (50) in Richtung des Druckanschlusses (46) mit sich verringerndem Volumenstrom zunimmt.