EP2161453A2 - Rotor set and rotor pump - Google Patents
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- EP2161453A2 EP2161453A2 EP20090169113 EP09169113A EP2161453A2 EP 2161453 A2 EP2161453 A2 EP 2161453A2 EP 20090169113 EP20090169113 EP 20090169113 EP 09169113 A EP09169113 A EP 09169113A EP 2161453 A2 EP2161453 A2 EP 2161453A2
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- EP
- European Patent Office
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- rotor
- set according
- pump
- inner rotor
- outer rotor
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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
- F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
- F04C2/084—Toothed wheels
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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
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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
- F04C2240/00—Components
- F04C2240/20—Rotors
Definitions
- the invention relates to a rotor set for a pump or a compressor, preferably for a gerotor pump with a rotor housing having a media inlet and a media outlet, consisting of an outer rotor and an inner rotor made of an elastic material, in particular plastic.
- the invention further relates to a rotor pump with a rotor set executed according to the invention.
- Rotor pumps are positive displacement pumps for liquid, gaseous or solid substances, for example gerotor pumps or internal gear pumps, and are used, for example, in automotive engineering as media feed pumps or compressors. Both in the réelle leopardrad- and the gerotor pump driven via a drive shaft rotor eccentrically in an inner toothing of an outer rotor.
- the medium In the case of the ring gear pump, the medium is conveyed through the displacement volume which varies in its volume between the tooth spaces of the toothings of the inner rotor and the outer rotor.
- the medium to be delivered is conveyed in the spaces between the tooth spaces of the teeth of the inner and outer rotor, wherein the teeth are sealed by a sickle.
- both designs differ in the size ratios of the teeth on the inner and outer rotor. While the outer rotor of a gerotor pump has exactly one more tooth than the inner rotor and is usually provided with a particularly straight-toothed trochoidal, polygonal or other toothed form, the internal gear pump on the outer rotor has significantly more teeth than the inner rotor.
- a toothed rotor set for a pump in particular for a lubricating oil pump for internal combustion engines, known.
- the gear rotor is similarly executed to the rotors of a gerotor pump, so that its function and mode of operation corresponds to the function and operation of a gerotor pump.
- the toothing of at least one of the two rotors has an arcuate portion at least in partial regions of the respective toothing. Due to the arcuate portion of the toothed shape should essentially roll friction and no sliding friction occur to minimize wear on the teeth.
- an internal gear pump serving as an engine oil pump for internal combustion engines which has a housing having a receiving part made of plastic with a recess for receiving two mutually in drive engagement pump rotors and a cover covering the recess.
- the two pump rotors are made of polyphenylene sulfide or polyethersulfone with high abrasion resistance, wherein the polyphenylene sulfide carbon fiber reinforced plastics are mixed.
- the receiving part is at those surfaces which are in frictional engagement with the pump rotors, from the other of these plastics.
- a gear made of plastic for a gear pump known, wherein the wheel body of the gear has an external or internal toothing, the teeth have at least one at least accessible from a tooth face cavity.
- the cavities are closed at the front or filled with a temperature and media-resistant filler with low specific weight.
- Known gear for a gear pump is proposed to reduce the weight of the pump rotors to provide the tooth interior with an intermediate wall, through which this is divided into two substantially equal sized, mutually connection-free depressions.
- the known rotors can also be made only with small component tolerances due to the present geometric specifications and designs, which requires high production costs and optionally a post-processing of the finished components, especially in nano and micropumps. These not to be observed small tolerances in the previously known constructions lead both in the rotor set assembly and in pump or compressor operation to some extent not yet solved problems that are to be solved with the present invention.
- the invention is therefore based on the object to execute a set of rotors so that it does not identify the mentioned disadvantages of the known designs, in particular allows a larger displacement volume or allows a smaller design, despite any wear no or hardly any power losses and hardly causes leakage rates and low costs can be produced.
- the outer rotor is a uniformly wavy ring of constant wall thickness with rounded executed lobes and bulges, which are acting in the linear elastic region spring elements.
- the displacer volume can be significantly larger than in the known outer rotors, whereby a higher pump performance can be achieved.
- the outer rotor according to the invention can be made smaller, with a smaller outer diameter, its space requirement is thus lower, which is crucial especially in micropumps.
- the outer rotor ring is only in the region of its bulges and thus only in places in contact with the rotor housing, which reduces its wear on the material.
- the design of the outer rotor as a spring This allows the occurring Wear of the outer rotor over the life of the pump are compensated, which over their entire life, the leakage rates are very small.
- the production costs of an outer rotor designed according to the invention are substantially lower than those of conventionally designed outer rotors.
- the bulges of the outer rotor are rounded in such a way that they provide substantially linear contact points for the rotor housing.
- the design of the inner rotor is also of particular importance.
- An outer rotor designed according to the invention can be combined in a particularly advantageous manner with an inner rotor, which has spring elements acting on its outer circumference in the linear elastic region, which contact the indentations of the outer rotor.
- These spring elements take over the function of the outer teeth conventionally designed inner rotors, with the additional effect that the pump working pressure pushes the spring elements during the entire period of use of the pump of up to 5000 hours to the outer rotor and through this to the inner wall of the rotor housing, which optimally compensates for wear the leakage rates are reduced and thus the pump performance is optimized.
- the spring elements of the inner rotor are designed in the form of curved wings.
- the wing shape ensures a very large displacement volume and thus a higher pump performance and, alternatively, allows very small designs, for example for micropumps.
- the inner rotor is made such that the wings and his other parts have at least substantially or largely constant and matching wall thicknesses.
- the wings have over their zenith extending, bent end portions.
- the wing tips are therefore designed so that there are only linear contact points with the outer rotor and can not catch the protruding round wing tips with the outer rotor.
- this outer teeth coming into contact with the indentations of the outer rotor, each having at least one recess which is arranged such that the inner rotor is formed of material webs with at least substantially constant and matching wall thicknesses.
- This version is especially suitable for high-pressure pumps, whereby here too the concept of equal wall thicknesses is given.
- the invention is concerned with a special embodiments of outer and inner rotors of elastic materials, in particular plastics, for rotor pumps, in particular gerotor pumps, or compressors.
- Fig. 1 shows a rotor housing 1, which has a bearing opening, not shown, for receiving a drive shaft, also not shown, which with a Inner rotor 3, which has a central opening 4 for receiving the drive shaft, firmly connected or firmly connected.
- an inlet opening 9 is indicated on the suction side, which is formed for example laterally as a bore in the rotor housing 1, on the pressure side opens analogous to an outlet opening 10 a.
- the provided with external teeth 7 inner rotor 3 is positioned within an outer rotor 2, which, as will be described in more detail, cooperates with the outer teeth 7 of the inner rotor 3.
- the axis of rotation of the outer rotor 2 coincides with the central axis of the rotor housing 1, the axis of rotation of the inner rotor 3 is offset eccentrically with respect to the axis of the outer rotor 2 by a distance a.
- the four outer teeth 7 of the inner rotor 3 are uniformly distributed over the outer circumference of the inner rotor 3 and made coincident.
- the outer teeth 7 of the inner rotor 3 are each provided with a number of recesses 15, which are designed and arranged so that they form material webs 16 between them and to the outer edges of the inner rotor 3, which have constant and matching wall thicknesses s 2 .
- the outer rotor 2 is a regularly corrugated ring with a constant wall thickness s 1 , where s 1 may coincide with s 2 .
- the ring 2 is therefore composed of rounded indentations 8 and rounded bulges 12, wherein the indentations 8 occupy larger ring segments than the bulges 12.
- the "amplitudes" of the indentations and bulges preferably match.
- the inner contour of the bulges 12 coincides with the outer contour of the tip regions of the outer teeth 7 of the inner rotor 2.
- the present on the outside of the outer rotor 2, rounded bulges 12 are designed such that they come into contact only via line-shaped contact points 14 with the inner surface 1 b of the rotor housing 1.
- the line-shaped contact points 14 are above all for a low wear of the outer rotor 2 of advantage.
- the recesses 8 which are uniformly arranged over the circumference of the outer rotor 2 and which are comparable in function to the inner teeth of conventionally designed outer rotors are in contact with the outer teeth 7 of the Inner rotor 3.
- the inner rotor 3 which is rotated by the drive shaft, drives the outer rotor 2.
- the number of teeth 7 of the inner rotor 2 is one less than the number of indentations 8 of the outer rotor 2, wherein the inner rotor 3 between three and ten, preferably four, as shown, or five teeth 7 has.
- the elastic material used for the outer rotor 2 causes the outer rotor 2 acts as a spring in the linear elastic range, the recesses and bulges 8, 12 act as spring elements.
- the outer rotor 2 is able to compensate for manufacturing tolerances that may affect the outer rotor 2 itself, the inner rotor 3 or the rotor housing 1.
- any occurring wear of the outer rotor over the life of the pump can be compensated by the spring action, which over its entire life, the leakage rates are very small.
- the outer rotor 2 is constantly pressed against the inner surface 1b of the rotor housing 1 via the working pressure prevailing during operation of the pump with a high contact pressure. This ensures that any wear of the outer rotor 2 is compensated and no or only very small leakage rates occur. In the usual manufacturing tolerances also unproblematic installation is guaranteed.
- the inner rotor 3 can have a small excess tolerance, without the installation of the two rotors 2, 3 is impaired, since the spring system of the outer rotor 2 tolerances within certain limits can compensate well without the function of the pump is impaired.
- a particularly high pump performance can be achieved with the in Fig. 2 achieved rotor set.
- the execution of the outer rotor 2 corresponds to that according to Fig. 1 ,
- the inner rotor 3 has evenly distributed over its circumference arranged and matching executed wings 17.
- Each wing 17 forms a linear elastic region acting spring element. Between the wings 17 run webs 18, which follow the contour of the central opening 4 'and have the material thickness s 2 .
- a recess 20 ensures a substantial presence of the material thickness s 2 .
- the wings 17 themselves also have the material thickness s 2 over a large part of their extent.
- the free wing tips are rounded and bent back over their zenith and have a decreasing to zero material thickness.
- the wings 17 come into contact with the recesses 8 of the outer rotor 2.
- the wings 17 reduce the volume of the inner rotor 3 drastically, so that the displacement volume and thus the pump performance by up to 35% - compared to a conventional design of the inner rotor with " Teeth "- can be increased.
- the installation space can be reduced by up to 35% at approximately the same high power.
- Polymers whose elastic modulus is between 5000 N / mm 2 and 80 000 N / mm 2 are suitable.
- the elongations at break in the linear elastic range must be greater than 0.5%, but less than 10%.
- the linear elastic stress-strain range must not be exceeded in the stress during operation, so that the respective material can relax and a long-term use is guaranteed.
- Fig. 3 shows a variant of an inventively designed outer rotor 2.
- the acting as spring elements indentations 8 are each provided in the region of their zenith with an insert 21.
- the inserts 21 are inserted in the outer rotor 2 so that they come into contact with the outer teeth or wings of the inner rotor, not shown here.
- the inserts 21 are either made of a friction-reducing material or of a more elastic material than the outer rotor 2.
- Such inserts 22 may also be inserted in the region of the zenith of the protrusions 12.
- the rotors 2, 3, 3 ' may have certain manufacturing tolerances that can be compensated by their spring action, the drive power must take into account the resistance of the spring elements of the rotors 2, 3, 3'.
- positive tolerances of the inner rotor 3, 3 'of up to 0.5 mm are possible, but considerably more in the case of macro-pumps with larger dimensions. Minus tolerances should be excluded, otherwise the performance drops when leaks occur.
- the coefficients of friction of the surfaces in contact with each other should be between 0.1 and 0.2 according to VDI 2541, the coefficient of friction should be between 0.5 and 0.75 depending on the speed.
- the surfaces of the materials in contact with each other should be such that the work of adhesion W is between 35 mN / m and 70 mN / m and the coefficient of friction is not more than 0.2. Any malfunctions such as a pump return are unproblematic for rotors according to the invention. Also, any contamination is not critical, if the size of the dirt particles does not exceed certain dimensions.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotorensatz für eine Pumpe oder einen Kompressor, vorzugsweise für eine Zahnringpumpe mit einem Rotorgehäuse mit einem Medieneinlass und einem Medienauslass, bestehend aus einem Außenrotor und einem Innenrotor aus einem elastischen Werkstoff, insbesondere Kunststoff. Die Erfindung betrifft ferner eine Rotorpumpe mit einem erfindungsgemäß ausgeführten Rotorensatz.The invention relates to a rotor set for a pump or a compressor, preferably for a gerotor pump with a rotor housing having a media inlet and a media outlet, consisting of an outer rotor and an inner rotor made of an elastic material, in particular plastic. The invention further relates to a rotor pump with a rotor set executed according to the invention.
Rotorpumpen sind Verdrängerpumpen für flüssige, gasförmige oder feste Stoffe, beispielsweise Zahnringpumpen oder Innenzahnradpumpen, und werden beispielsweise in der Kraftfahrzeugtechnik als Medienförderpumpen oder Kompressoren eingesetzt. Sowohl bei der Innenzahnrad- als auch bei der Zahnringpumpe läuft ein über eine Antriebswelle angetriebener Rotor exzentrisch in einer Innenverzahnung eines Außenrotors. Bei der Zahnringpumpe wird das Medium durch den sich in seinem Volumen verändernden Verdrängungsraum zwischen den Zahnlücken der Verzahnungen des Innenrotors und des Außenrotors gefördert. Bei der Innenzahnradpumpe wird das zu fördernde Medium in den Räumen zwischen den Zahnlücken der Verzahnungen des Innen- und Außenrotors gefördert, wobei die Zähne durch eine Sichel abgedichtet sind. Beide Bauformen unterscheiden sich in den Größenverhältnissen der Verzahnungen am Innen- und Außenrotor. Während der Außenrotor einer Zahnringpumpe genau einen Zahn mehr aufweist als der Innenrotor und meistens mit einer insbesondere gerade verzahnten Trochoiden-, Polygon-, oder sonstigen Zahnform versehen ist, sind bei der Innenzahnradpumpe am Außenrotor deutlich mehr Zähne als am Innenrotor.Rotor pumps are positive displacement pumps for liquid, gaseous or solid substances, for example gerotor pumps or internal gear pumps, and are used, for example, in automotive engineering as media feed pumps or compressors. Both in the Innenzahnrad- and the gerotor pump driven via a drive shaft rotor eccentrically in an inner toothing of an outer rotor. In the case of the ring gear pump, the medium is conveyed through the displacement volume which varies in its volume between the tooth spaces of the toothings of the inner rotor and the outer rotor. In the internal gear pump, the medium to be delivered is conveyed in the spaces between the tooth spaces of the teeth of the inner and outer rotor, wherein the teeth are sealed by a sickle. Both designs differ in the size ratios of the teeth on the inner and outer rotor. While the outer rotor of a gerotor pump has exactly one more tooth than the inner rotor and is usually provided with a particularly straight-toothed trochoidal, polygonal or other toothed form, the internal gear pump on the outer rotor has significantly more teeth than the inner rotor.
Aus der
Aus der
Bei sämtlichen bekannten Systemen von Innen- und Außenrotoren für Zahnrad- bzw. Rotorpumpen ist es üblich, den Außenrotor entweder aus Vollmaterial auszuführen oder stellenweise mit Aussparungen oder Löchern zu versehen und den Innenrotor, je nach Material, entweder örtlich mit Bohrungen oder Durchbrüchen zu versehen oder ebenfalls aus Vollmaterial auszuführen. Die bekannten Ausführungen sind mit einer Vielzahl von Nachteilen behaftet. Außenrotoren aus Vollmaterial weisen ein gewisses Bauvolumen und somit auch ein höheres Gewicht auf. Da die bekannten Außenrotoren flächig an der Innenwand des Rotorgehäuses anliegen, entstehen zwischen dem Außenrotor und dem Rotorgehäuse hohe Reibkräfte. Ein aus Vollmaterial bestehender Außenrotor gestattet nur ein bestimmtes Verdrängervolumen und bedingt somit eine Einschränkung der Pumpenleistung. Durch nach einer gewissen Betriebsdauer der Pumpe auftretenden Verschleiß kommt es ferner zu Leistungsverlusten und zu Leckraten. Die bekannten Rotoren können wegen den vorliegenden geometrischen Vorgaben und Bauweisen ferner nur mit geringen Bauteiltoleranzen gefertigt werden, was hohe Herstellungskosten und gegebenenfalls eine Nachbearbeitung der fertiggestellten Bauteile erfordert, insbesondere bei Nano- und Mikropumpen. Diese nicht einzuhaltenden kleinen Toleranzen bei den bisher bekannten Bauweisen führen sowohl bei der Rotorsatzmontage als auch im Pumpen- oder Kompressorbetrieb zu zum Teil bisher nicht gelösten Problemen, die mit der vorliegenden Erfindung behoben werden sollen.In all known systems of inner and outer rotors for gear or rotor pumps, it is customary to either perform the outer rotor made of solid material or locally provided with recesses or holes and the inner rotor, depending on the material, either locally provided with holes or openings or also made of solid material. The known designs are subject to a number of disadvantages. External rotors made of solid material have a certain Construction volume and thus a higher weight. Since the known outer rotors lie flat against the inner wall of the rotor housing, high frictional forces arise between the outer rotor and the rotor housing. An outer rotor made of solid material allows only a certain displacement volume and thus limits the pump performance. By occurring after a certain period of operation of the pump wear it also leads to power losses and leakage rates. The known rotors can also be made only with small component tolerances due to the present geometric specifications and designs, which requires high production costs and optionally a post-processing of the finished components, especially in nano and micropumps. These not to be observed small tolerances in the previously known constructions lead both in the rotor set assembly and in pump or compressor operation to some extent not yet solved problems that are to be solved with the present invention.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rotorensatz derart auszuführen, dass er die erwähnten Nachteile der bekannten Ausführungen nicht ausweist, insbesondere ein größeres Verdrängervolumen zulässt oder eine kleinere Bauweise gestattet, trotz etwaigem Verschleiß keinen oder kaum Leistungsverluste und kaum Leckraten verursacht und mit geringen Kosten herstellbar ist.The invention is therefore based on the object to execute a set of rotors so that it does not identify the mentioned disadvantages of the known designs, in particular allows a larger displacement volume or allows a smaller design, despite any wear no or hardly any power losses and hardly causes leakage rates and low costs can be produced.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Außenrotor ein gleichmäßig gewellter Ring konstanter Wandstärke mit gerundet ausgeführten Ein- und Ausbuchtungen ist, welche im linear elastischen Bereich wirkende Federelemente sind.The object is achieved according to the invention in that the outer rotor is a uniformly wavy ring of constant wall thickness with rounded executed lobes and bulges, which are acting in the linear elastic region spring elements.
Aufgrund der konstruktiven Ausführung des Außenrotors als ringartiger, elastisch federnder Bauteil kann das Verdrängervolumen deutlich größer sein als bei den bekannten Außenrotoren, wodurch eine höhere Pumpenleistung erreichbar ist. Bei gleicher Pumpenleistung kann der Außenrotor gemäß der Erfindung kleiner, mit geringerem Außendurchmesser, ausgeführt werden, sein Platzbedarf ist somit geringer, was vor allem bei Mikropumpen entscheidend ist. Der Außenrotor-Ring steht nur im Bereich seiner Ausbuchtungen und somit nur stellenweise in Kontakt mit dem Rotorgehäuse, was seinen Materialverschleiß reduziert. Von besonderer Bedeutung ist jedoch die Ausführung des Außenrotors als Feder. Dadurch kann der auftretende Verschleiß des Außenrotors über die Lebensdauer der Pumpe ausgeglichen werden, wodurch über deren gesamte Lebensdauer die Leckraten sehr klein sind. Schließlich sind auch die Herstellungskosten eines erfindungsgemäß ausgeführten Außenrotors wesentlich geringer als jene herkömmlich ausgeführter Außenrotoren.Due to the structural design of the outer rotor as a ring-like, elastically resilient component, the displacer volume can be significantly larger than in the known outer rotors, whereby a higher pump performance can be achieved. With the same pump capacity, the outer rotor according to the invention can be made smaller, with a smaller outer diameter, its space requirement is thus lower, which is crucial especially in micropumps. The outer rotor ring is only in the region of its bulges and thus only in places in contact with the rotor housing, which reduces its wear on the material. Of particular importance, however, is the design of the outer rotor as a spring. This allows the occurring Wear of the outer rotor over the life of the pump are compensated, which over their entire life, the leakage rates are very small. Finally, the production costs of an outer rotor designed according to the invention are substantially lower than those of conventionally designed outer rotors.
Für eine geringen Verschleiß des Außenrotors ist es von Vorteil, wenn die Ausbuchtungen des Außenrotors derart gerundet sind, dass sie im Wesentlichen linienförmige Berührungsstellen für das Rotorgehäuse zur Verfügung stellen.For a low wear of the outer rotor, it is advantageous if the bulges of the outer rotor are rounded in such a way that they provide substantially linear contact points for the rotor housing.
Zur Optimierung der Federwirkung des Außenrotors ist es günstig, wenn die Einbuchtungen des Außenrotors größere Ringsegmente einnehmen als die Ausbuchtungen.To optimize the spring action of the outer rotor, it is advantageous if the indentations of the outer rotor occupy larger ring segments than the bulges.
Der Ausführung des Innenrotors kommt ebenfalls eine besondere Bedeutung zu. Ein erfindungsgemäß ausgeführter Außenrotor lässt sich auf besonders vorteilhafte Weise mit einem Innenrotor kombinieren, welcher an seinem Außenumfang im linear elastischen Bereich wirkende Federelemente aufweist, die mit den Einbuchtungen des Außenrotors in Kontakt treten. Diese Federelemente übernehmen die Funktion der Außenzähne herkömmlich ausgeführter Innenrotoren, mit dem zusätzlichen Effekt, dass der Pumpenarbeitsdruck die Federelemente während der gesamten Einsatzdauer der Pumpe von bis zu 5000 Stunden an den Außenrotor und über diesen an die Innenwand des Rotorgehäuses drückt, wodurch auftretender Verschleiß optimal ausgeglichen wird, die Leckraten reduziert werden und damit die Pumpenleistung optimiert wird.The design of the inner rotor is also of particular importance. An outer rotor designed according to the invention can be combined in a particularly advantageous manner with an inner rotor, which has spring elements acting on its outer circumference in the linear elastic region, which contact the indentations of the outer rotor. These spring elements take over the function of the outer teeth conventionally designed inner rotors, with the additional effect that the pump working pressure pushes the spring elements during the entire period of use of the pump of up to 5000 hours to the outer rotor and through this to the inner wall of the rotor housing, which optimally compensates for wear the leakage rates are reduced and thus the pump performance is optimized.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Federelemente des Innenrotors in der Form von gebogenen Flügeln ausgeführt. Die Flügelform gewährleistet ein sehr großes Verdrängervolumen und damit eine höhere Pumpenleistung und gestattet alternativ sehr kleine Bauformen, beispielsweise für Mikropumpen.In a preferred embodiment of the invention, the spring elements of the inner rotor are designed in the form of curved wings. The wing shape ensures a very large displacement volume and thus a higher pump performance and, alternatively, allows very small designs, for example for micropumps.
Um das Auftreten von Spannungen zu vermeiden und damit keine Qualitätseinbußen in Kauf nehmen zu müssen, wird der Innenrotor derart gefertigt, dass die Flügel und seine sonstigen Teile zumindest im Wesentlichen bzw. weitgehend konstante und übereinstimmende Wandstärken aufweisen.In order to avoid the occurrence of tension and thus have to accept no loss of quality, the inner rotor is made such that the wings and his other parts have at least substantially or largely constant and matching wall thicknesses.
Es ist von Vorteil, wenn die Flügel über ihren Zenit hinaus verlaufende, umgebogene Endabschnitte aufweisen. Die Flügelenden sind daher derart ausgelegt, dass nur lineare Berührungsstellen mit dem Außenrotor vorliegen und sich die überstehenden runden Flügelenden nicht mit dem Außenrotor verhaken können.It is advantageous if the wings have over their zenith extending, bent end portions. The wing tips are therefore designed so that there are only linear contact points with the outer rotor and can not catch the protruding round wing tips with the outer rotor.
Bei einer anderen Ausführungsform des Innenrotors weist dieser mit den Einbuchtungen des Außenrotors in Kontakt tretende Außenzähne auf, welche jeweils zumindest eine Aussparung aufweisen, welche derart angeordnet ist, dass der Innenrotor aus Materialstegen mit zumindest im Wesentlichen konstanten und übereinstimmenden Wandstärken gebildet ist. Diese Ausführung eignet sich vor allem für Hochdruckpumpen, wobei auch hier das Konzept gleicher Wandstärken gegeben ist.In another embodiment of the inner rotor, this outer teeth coming into contact with the indentations of the outer rotor, each having at least one recess which is arranged such that the inner rotor is formed of material webs with at least substantially constant and matching wall thicknesses. This version is especially suitable for high-pressure pumps, whereby here too the concept of equal wall thicknesses is given.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der schematischen Zeichnung, die Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen
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Fig. 1 eine Ausführungsform eines Rotorensatzes für eine Zahnringpumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe bis etwa 80 bar, -
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Rotorensatzes für eine Zahnringpumpe, insbesondere eine Niederdruckpumpe bis etwa 30 bar, und -
Fig. 3 eine Variante eines Außenrotors.
-
Fig. 1 an embodiment of a rotor set for a gerotor pump, in particular a high-pressure pump up to about 80 bar, -
Fig. 2 a further embodiment of a rotor set for a gerotor pump, in particular a low pressure pump to about 30 bar, and -
Fig. 3 a variant of an outer rotor.
Die Erfindung befasst sich mit einer besonderen Ausführungen von Außen- und Innenrotoren aus elastischen Werkstoffen, insbesondere Kunststoffen, für Rotorpumpen, insbesondere Zahnringpumpen, oder Kompressoren.The invention is concerned with a special embodiments of outer and inner rotors of elastic materials, in particular plastics, for rotor pumps, in particular gerotor pumps, or compressors.
Die vier Außenzähne 7 des Innenrotors 3 sind über den äußeren Umfang des Innenrotors 3 gleichmäßig verteilt und übereinstimmend ausgeführt.The four
Die Außenzähne 7 des Innenrotors 3 sind jeweils mit einer Anzahl von Aussparungen 15 versehen, die derart ausgeführt und angeordnet sind, dass sie zwischen sich und zu den Außenkanten des Innenrotors 3 Materialstege 16 bilden, die konstante und übereinstimmende Wandstärken s2 aufweisen.The
Gemäß der Erfindung ist der Außenrotor 2 ein regelmäßig gewellter Ring mit einer konstanten Wandstärke s1 , wobei s1 mit s2 übereinstimmen kann. Der Ring 2 setzt sich daher aus gerundeten Einbuchtungen 8 und gerundeten Ausbuchtungen 12 zusammen, wobei die Einbuchtungen 8 größere Ringsegmente einnehmen als die Ausbuchtungen 12. Die "Amplituden" der Ein- und Ausbuchtungen stimmen vorzugsweise überein. Die Innenkontur der Ausbuchtungen 12 stimmt mit der Außenkontur der Spitzenbereiche der Außenzähne 7 des Innenrotors 2 überein. Die an der Außenseite des Außenrotors 2 vorliegenden, gerundeten Ausbuchtungen 12 sind derart ausgeführt, dass sie lediglich über linienförmige Berührungsstellen 14 mit der Innenfläche 1b des Rotorgehäuses 1 in Kontakt treten. Die linienförmigen Berührungsstellen 14 sind vor allem für einen geringen Verschleiß des Außenrotors 2 von Vorteil.According to the invention, the
Die über den Umfang des Außenrotors 2 gleichmäßig angeordneten Einbuchtungen 8, welche von ihrer Funktion her mit den Innenzähnen herkömmlich ausgeführter Außenrotoren vergleichbar sind, sind in Kontakt mit den Außenzähnen 7 des Innenrotors 3. Bei einem Betrieb der Pumpe treibt der von der Antriebswelle in Rotation versetzte Innenrotor 3 den Außenrotor 2 an. Die Anzahl der Zähne 7 des Innenrotors 2 ist um eins geringer als die Anzahl der Einbuchtungen 8 des Außenrotors 2, wobei der Innenrotor 3 zwischen drei und zehn, vorzugsweise vier, wie dargestellt, oder fünf Zähne 7 aufweist.The
Der für den Außenrotor 2 verwendete elastische Werkstoff bedingt, dass der Außenrotor 2 im linear elastischen Bereich als Feder wirkt, die Ein- und Ausbuchtungen 8, 12 wirken als Federelemente. Damit ist der Außenrotor 2 in der Lage, Fertigungstoleranzen, die den Außenrotor 2 selbst, den Innenrotor 3 oder das Rotorgehäuse 1 betreffen können, auszugleichen. Von besonderer Bedeutung ist jedoch, dass durch die Federwirkung ein etwaig auftretender Verschleiß des Außenrotors über die Lebensdauer der Pumpe ausgeglichen werden kann, wodurch über deren gesamte Lebensdauer die Leckraten sehr klein sind.The elastic material used for the
Durch seine Federelemente wird nämlich der Außenrotor 2 über den im Betrieb der Pumpe herrschenden Arbeitsdruck ständig mit einer hohen Anpresskraft an die Innenfläche 1 b des Rotorgehäuses 1 gepresst. Damit ist sichergestellt, dass ein etwaiger Verschleiß des Außenrotors 2 ausgeglichen wird und keine oder nur sehr kleine Leckraten auftreten. Bei den üblichen Herstellungstoleranzen ist ferner ein unproblematischer Einbau gewährleistet. Der Innenrotor 3 kann ein geringes Toleranzübermaß aufweisen, ohne dass der Einbau der beiden Rotoren 2, 3 beeinträchtigt wird, da das Federsystem des Außenrotors 2 Toleranzen in gewissen Grenzen gut ausgleichen kann, ohne dass die Funktion der Pumpe beeinträchtigt wird. In diesem Zusammenhang ist es wesentlich, dass der Außenrotor 2, vorzugsweise auch der Innenrotor 3, nach dem Konzept der konstanten Wandstärken s1, s2 ausgeführt sind. Außen- und Innenrotor 2, 3 können ferner problemlos derart konzipiert sein, dass das Verdrängervolumen und somit die Pumpenleistung (Förderleistung) möglichst hoch sind.Namely, by its spring elements, the
Eine besonders hohe Pumpenleistung lässt sich mit dem in
Als Werkstoffe für den Außenrotor 2 und den Innenrotor 3 bzw. 3' eignen sich PolymerWerkstoffe wie beispielsweise PA, POM. LCP, PEEK, PAI. PPA PAI, PPS oder andere Polymerwerkstoffe mit hoher Abriebsfestigkeit, wobei den Polymerwerkstoffen (Kunstoffen) reibungs- und verschleißoptimierende Füllstoffe wie Graphit, PTFE, MoS2, Aramidfasern, Kohlenstofffasern oder Nanokristalle zugemischt werden können. Geeignet sind Polymere, deren Elastizitätsmodul zwischen 5000 N/mm2 und 80000 N/mm2 beträgt. Die Bruchdehnungen im linear elastischen Bereich müssen größer als 0,5%, aber kleiner als 10% sein. Der linear elastische Spannungs-Dehnungsbereich darf bei den Beanspruchungen im Betrieb nicht überschritten werden, damit der jeweilige Werkstoff relaxieren kann und ein langfristiger Einsatz gewährleistet ist.Suitable materials for the
Von Vorteil ist es ferner, die Werkstoffe für den Außenrotor 2 und den Innenrotor 3, 3' durch entsprechende Füllstoffe reibungs- und verschleißoptimiert auszustatten. Zusätzlich oder alternativ können die Oberflächen der Rotoren 2,3, 3' reibungs- und verschleißreduzierend beschichtet sein. Auch die Innenfläche 1 b des Rotorgehäuses 1 kann entsprechend beschichtet sein.It is also advantageous to equip the materials for the
Die Rotoren 2, 3, 3' können gewisse Herstellungstoleranzen aufweisen, die über ihre Federwirkung ausgeglichen werden können, wobei die Antriebsleistung den Widerstand der Federelemente der Rotoren 2, 3, 3' berücksichtigen muss. Bei Mikropumpen sind Plustoleranzen des Innenrotors 3, 3' von bis zu 0,5mm möglich, bei Makro- Pumpen mit größeren Abmessungen erheblich mehr. Minustoleranzen sollten ausgeschlossen sein, da sonst die Leistung beim Auftreten von Lecks absinkt.The
Die Reibungskoeffizienten der miteinander in Kontakt tretenden Oberflächen sollten nach VDI 2541 zwischen 0,1 und 0,2 liegen, die Reibungszahl sollte in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit zwischen 0,5 und 0,75 betragen. Die Oberflächen der miteinander in Kontakt tretenden Werkstoffe sollten derart ausgeführt sein, dass die Adhäsionsarbeit W zwischen 35 mN/m und 70mN/m beträgt und die Reibungszahl maximal 0,2 ist. Etwaig auftretende Fehlfunktionen wie ein Pumpenrücklauf sind für Rotoren gemäß der Erfindung unproblematisch. Auch etwaige Verschmutzungen sind unkritisch, falls die Größe der Schmutzpartikel gewisse Maße nicht übersteigt.The coefficients of friction of the surfaces in contact with each other should be between 0.1 and 0.2 according to VDI 2541, the coefficient of friction should be between 0.5 and 0.75 depending on the speed. The surfaces of the materials in contact with each other should be such that the work of adhesion W is between 35 mN / m and 70 mN / m and the coefficient of friction is not more than 0.2. Any malfunctions such as a pump return are unproblematic for rotors according to the invention. Also, any contamination is not critical, if the size of the dirt particles does not exceed certain dimensions.
- 11
- Rotorgehäuserotor housing
- 1a1a
- Innenflächepalm
- 22
- Außenrotorouter rotor
- 3, 3'3, 3 '
- Innenrotorinner rotor
- 4, 4'4, 4 '
- Öffnungopening
- 77
- Außenzahnoutdoor gear
- 88th
- Einbuchtungindentation
- 99
- Einlassöffnunginlet port
- 1010
- Auslassöffnungoutlet
- 1212
- Ausbuchtungbulge
- 1414
- Berührungsliniecontact line
- 1515
- Aussparungrecess
- 1616
- Materialstegmaterial web
- 1717
- Flügelwing
- 1818
- Stegweb
- 1919
- Ansatzbereichapproach area
- 2020
- Aussparungrecess
- 2121
- Einsatzcommitment
- 2222
- Einsatzcommitment
Claims (15)
dadurch gekennzeichnet,
dass der Außenrotor (2) ein gleichmäßig gewellter Ring konstanter Wandstärke (s1) mit gerundet ausgeführten Ein- und Ausbuchtungen (8, 12) ist, welche im linear elastischen Bereich wirkende Federelemente sind.Rotor set for a pump or a compressor, preferably for a gerotor pump with a rotor housing (1) with a media inlet and a media outlet, consisting of an outer rotor (2) and an inner rotor (3, 3 ') of an elastic material, in particular plastic,
characterized,
in that the outer rotor (2) is a uniformly corrugated ring of constant wall thickness (s 1 ) with rounded recesses and protrusions (8, 12) which are spring elements acting in the linear elastic region.
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