ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС С ВНУТРЕННИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, ИМЕЮЩЕЕ ШЕСТЕРЕННЫЙ НАСОС С ВНУТРЕННИМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ
GEAR-TYPE PUMP WITH INTERNAL ENGAGEMENT AND VEHICLE HAVING A GEAR PUMP WITH INTERNAL ENGAGEMENT

Изобретение касается шестеренного насоса с внутренним зацеплением, в частности трохоидного насоса, согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения, а также транспортного средства, в частности автомобиля промышленного назначения, имеющего шестеренный насос с внутренним зацеплением согласно ограничительной части п.13 формулы изобретения.
Шестеренные насосы с внутренним зацеплением используются многосторонне, например, в качестве насосов для рабочего средства в транспортных средствах. При таком применении требуется как можно более тихая и малошумная эксплуатация, так чтобы в кабину водителя или пассажирский салон не передавались никакие психоакустические мешающие шумы.
Родственный, общеизвестный шестеренный насос с внутренним зацеплением или, соответственно, трохоидный насос состоит из корпуса насоса, имеющего цилиндрическую роторную камеру с установленным с возможностью вращения в роторной камере внешним ротором, имеющим внутренние зубья. Во внешнем роторе находится приводимый во вращение внутренний ротор, имеющий внешние зубья, при этом внутренние зубья и внешние зубья, выполненные в трохоидальной форме, находятся в зацеплении друг с другом. Внутренний ротор имеет на один внешний зуб меньше по сравнению с внутренними зубьями внешнего ротора. Начиная от базовой плоскости, которая проходит через ось вращения и через положение первой мертвой точки, а также через середину противоположного положения второй мертвой точки, в положении первой мертвой точки внешний зуб внутреннего ротора полностью находится в межзубной впадине внешнего ротора в области зацепления зубьев. В противоположном положении второй мертвой точки соответственно один внешний зуб внутреннего ротора и один внутренний зуб внешнего ротора прилегают головками друг к другу в области примыкания зубьев.
При одном полном обороте внутреннего ротора, начиная от базовой плоскости в положении первой мертвой точки, в направлении вращения насосные камеры в камере всасывания, образованной с торцевой стороны на роторной камере, увеличиваются. Затем наносные камеры после прохождения базовой плоскости в положении второй мертвой точки в камере нагнетания, тоже образованной с торцевой стороны на роторной камере, снова уменьшаются, так что текучая среда, всосанная и помещенная в камеру всасывания в насосных камерах, в камере нагнетания вследствие уменьшения насосных камер сжимается и откачивается через выходное отверстие.
У этого родственного шестеренного насоса с внутренним зацеплением или, соответственно, трохоидного насоса формы зубьев или, соответственно, трохоидальные формы внешних зубьев и внутренних зубьев выбраны так, что обкатывающиеся друг по другу поверхности зубьев плотно прилегают друг к другу, чтобы достичь высоких коэффициентов полезного действия насоса при как можно более низких гидромеханических потерях. Однако нежелательным образом это приводит к тому, что в переходе от камеры нагнетания к камере всасывания заключаются объемы нагнетаемой текучей среды, которые могут удаляться только посредством вытеснения между боковыми сторонами зубьев роторов в области положения первой мертвой точки. Эти высокоэнергетичные течения и связанные с ними колебания приводного вращающего момента создают эмиссию воздуха и корпусного шума, которая представляется большим наличием гармоник в данном спектре. Неизбежное здесь создание течений вытеснения вследствие повышения приводного момента приводит к потерям коэффициента полезного действия насоса, а также, наряду со значительным повышением звукового давления, к неприятному для человеческого слуха проявлению психоакустических параметров. К тому же, вследствие импульсного перехода нагнетаемого объема из камеры всасывания в камеру нагнетания, в положении второй мертвой точки также всегда создается толчок давления, который к тому же негативно влияет на частотный и тональный спектр. Эти выявленные акустические недостатки могут ограничивать область применения таких стандартных трохоидных насосов в помещениях, где одновременно находятся люди, в частности при применении в транспортных средствах, где снижение шума и акустическая переносимость является постоянной технической проблемой.
Для достижения акустического улучшения в этом отношении уже известно (DE 603 02 110 T2) увеличение зазора между головками зубьев внутреннего ротора и внешнего ротора, то есть более низкое исполнение головок зубьев, чем этого требовали бы формы зубьев по точной трохоиде. Тем самым уменьшается создание течений вытеснения с высокой интенсивностью вытеснения, благодаря чему нагрузка мешающих шумов может снижаться в зависимости от индивидуального расчета модифицированной трохоиды. Но этим возможным акустическим преимуществам, как существенный недостаток, противостоит то, что тогда функционально обусловленные объемы текучей среды циркулируют между камерой нагнетания и камерой всасывания, что связано с высокими гидромеханическими потерями и снижением коэффициента полезного действия насоса.
Задачей изобретения является усовершенствовать известный шестеренный насос с внутренним зацеплением так, чтобы он мог эксплуатироваться с высоким гидромеханическим коэффициентом полезного действия и низким испусканием мешающих шумов. Другая задача изобретения заключается в том, чтобы предложить транспортное средство, в частности, автомобиль промышленного назначения, имеющий такой шестеренный насос с внутренним зацеплением.
Эта задача решается с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления являются предметом ссылающихся на них зависимых пунктов формулы изобретения.
По п.1 формулы изобретения предлагается шестеренный насос с внутренним зацеплением, в частности, трохоидный насос, для транспортного средства, имеющий корпус насоса, включающий в себя роторную камеру, в которой помещен зубчатое кольцо, имеющее внутренний зубчатый венец с внутренними зубьями. Это зубчатое кольцо может приводиться в зацепление с внутренним зубчатым колесом, установленным эксцентрически относительно зубчатого кольца и имеющим внешний зубчатый венец с внешними зубьями, таким образом, чтобы в основном, соответственно, базовом положении, соответственно, в положении мертвой точки, в области зацепления зубьев по меньшей мере один из внешних зубьев закладывался в межзубную впадину внутреннего зубчатого венца, находящуюся между двумя внутренними зубьями, в частности закладывался с согласованием по форме и контуру, при этом образующие насосные камеры объемы между внутренними зубьями и внешними зубьями увеличиваются в некоторой, согласованной с камерой всасывания области роторной камеры, начиная от области зацепления зубьев до некоторой, предпочтительно противоположной этой области зацепления зубьев области примыкания зубьев, в которой по меньшей мере один внешний зуб головкой примыкает или прилегает к внутреннему зубу, и снова уменьшаются в некоторой, согласованной с камерой нагнетания области роторной камеры, начиная от области примыкания зубьев до области зацепления зубьев. Это значит, другими словами, что при приведении в действие насоса образующие насосные камеры объемы между внутренними зубьями и внешними зубьями увеличиваются, начиная от области зацепления зубьев, согласованной с положением первой мертвой точки, в некоторой, согласованной с камерой всасывания насоса области роторной камеры до некоторой, предпочтительно противоположной области зацепления зубьев и согласованной с положением второй мертвой точки, области примыкания зубьев, а затем после прохождения области примыкания зубьев снова уменьшаются в некоторой, согласованной с камерой нагнетания области роторной камеры до области зацепления зубьев. В соответствии с изобретением теперь предусмотрен по меньшей мере один разгрузочный канал, который образует гидравлическое соединение между областью зацепления зубьев и камерой нагнетания, так что текучая среда, соответственно, течение вытеснения может течь, соответственно, оттекать от области зацепления зубьев к камере нагнетания.
При этом предпочтительно заключенные в этой области объемы, образующие в ином случае критические течения вытеснения, целенаправленно отводятся через указанный по меньшей мере один разгрузочный канал в камеру нагнетания, соответственно, стесненная в этой области текучая среда может всегда удаляться в направлении камеры нагнетания. Благодаря этому отводу в камеру нагнетания потери вытеснения минимизируются, так что соответственно минимизируется также создание мешающих шумов.
Но отведенное в камеру нагнетания течение вытеснения, в противоположность приему увеличения зазора в уровне технике, продолжает служить в качестве полезного объема, так что вследствие целенаправленного отвода вытесненного количества в камеру нагнетания не возникает гидромеханических потерь.
При этом указанный по меньшей мере один внешний зуб закладывается в области зацепления зубьев предпочтительно в межзубную впадину внутреннего зубчатого венца так, что он помещен в ней по существу полностью, соответственно, целиком, и таким образом там образованы насосные камеры, имеющие нулевой объем, соответственно, практически нулевой объем. Это значит, что указанный по меньшей мере один внешний зуб в области зацепления зубьев предпочтительно полностью, соответственно, по существу без зазора и/или согласуясь по форме и контуру закладывается в межзубную впадину внутреннего зубчатого венца.
Конструктивно предпочтительно камера всасывания и камера нагнетания образованы удаленно от области зацепления зубьев и/или от области примыкания зубьев, а также отдельно друг от друга в примыкающей, в частности непосредственно примыкающей, с торцевой стороны к зубчатому венцу и зубчатому колесу (в частности, к образованным зубчатыми зацеплениями зубчатым областям зубчатого кольца и зубчатого колеса) стенке роторной камеры корпуса насоса, соответственно, оканчиваются там. В частности, в связи с одним из таких вариантов осуществления технологически предпочтительно, если указанный по меньшей мере один разгрузочный канал выполнен в примыкающей, в частности непосредственно примыкающей, к области зацепления зубьев области стенки роторной камеры корпуса насоса и, начиная оттуда, проведен к удаленно от нее выполненной тоже в стенке роторной камеры, соответственно, оканчивающейся там камере нагнетания. При этом технологически особенно просто указанный по меньшей мере один разгрузочный канал предпочтительно выполнен в виде паза, открытого в направлении роторной камеры и тем самым зубчатого кольца /зубчатого колеса.
Указанный по меньшей мере один разгрузочный канал по одному из конкретных предпочтительных вариантов осуществления, с помощью которого возможен особенно хороший отвод течения вытеснения из области зацепления зубьев, выполнен таким образом, что обращенный к области зацепления зубьев конец этого канала в области зацепления зубьев предназначен только для внешнего зуба внутреннего зубчатого колеса.
Особенно предпочтительным является также один из конкретных вариантов осуществления, при котором указанный по меньшей мере один разгрузочный канал выполнен с такими размерами поперечного сечения этого канала, что по меньшей мере 60% течения вытеснения в области зацепления зубьев может отводиться из нее в камеру нагнетания. Тем самым гарантировано, что наибольшее возможное количество течения вытеснения оттекает из области зацепления зубьев в направлении камеры нагнетания.
В специальном исполнении указанного по меньшей мере одного разгрузочного канала заключаются возможности оптимизации, целенаправленно используемые для актуального исполнения насоса. Благодаря этому могут минимизироваться психоакустические мешающие шумы, в частности, в отношении громкости, в группах частот 5-15 Барк, а также в отношении шероховатости. При этом указанный по меньшей мере один разгрузочный канал в отношении поперечного сечения этого канала и/или длины этого канала может быть выполнен так, чтобы удельная громкость насоса при эксплуатации в группах частот 5-15 Барк была уменьшена таким образом, чтобы она составляла максимум 3 сон/Барк, и/или так, что в области групп частот 5-15 Барк получалась максимальная шероховатость 1,2 аспер/Барк.
В другом особенно предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретением шестеренного насоса с внутренним зацеплением может быть к тому же предусмотрен по меньшей мере один дополнительный канал, который образует гидравлическое соединение между областью примыкания зубьев и камерой нагнетания. Тем самым предпочтительно в переходе от камеры всасывания к камере нагнетания минимизируется толчок давления нагнетаемой текучей среды, так что также с помощью этого приема дополнительно оптимизируются психоакустические параметры, и это не приводит к потерям коэффициента полезного действия.
Тогда здесь также, аналогично разгрузочному каналу, может быть предусмотрено, чтобы указанный по меньшей мере один дополнительный канал был выполнен в области стенки роторной камеры, примыкающей, в частности непосредственно примыкающей, к области примыкания зубьев, и, начиная оттуда, проведен к удаленно от нее тоже выполненной в стенке роторной камеры и/или оканчивающейся там камере нагнетания, причем также предпочтительно может быть предусмотрено, чтобы указанный по меньшей мере один дополнительный канал был выполнен в виде паза, открытого в направлении роторной камеры. При этом получается один из предпочтительных, функциональных и простых в изготовлении вариантов осуществления.
В специальном исполнении указанного по меньшей мере одного дополнительного канала тоже заключаются возможности оптимизации, в свою очередь, целенаправленно используемые для актуального варианта осуществления насоса. Так, указанный по меньшей мере один дополнительный канал предпочтительно выполнен с таким поперечным сечением этого канала и/или длиной этого канала, что удельная громкость насоса при эксплуатации в группах частот 3-10 Барк уменьшена таким образом, что она составляет максимум 4 сон/Барк, и/или при этом получается максимальная шероховатость 2 аспер/Барк в области групп частот 3-10 Барк.
По другому предпочтительному и конструктивно простому варианту осуществления насоса предусмотрено, что камера всасывания и камера нагнетания находятся на противоположных сторонах базовой плоскости, заданной областью зацепления зубьев и областью примыкания зубьев (при этом область зацепления зубьев и область примыкания зубьев предпочтительно расположены напротив друг друга), и соответственно удаленно от этих областей оканчиваются в согласованной с роторной камерой торцевой стенкой корпуса насоса. Альтернативно или дополнительно эта базовая плоскость может быть также проведена через одну или несколько осей вращения зубчатого кольца, соответственно, внутреннего зубчатого колеса, из которых по меньшей мере что-то одно выполнено с возможностью вращения.
Таким образом, благодаря надлежащему исполнению разгрузочного канала и/или дополнительного канала удельная громкость и шероховатость может выполняться таким определенным образом, чтобы наряду со значительным уменьшением пульсации давления и снижением уровня эмиттируемого звукового давления получалась значительная оптимизация психоакустических параметров, которая не приводит к потерям коэффициента полезного действия.
Шестеренный насос с внутренним зацеплением по одному из особенно предпочтительных вариантов осуществления представляет собой трохоидный насос, у которого зубья, выполненные в трохоидальной форме, находятся в зацеплении друг с другом.
Особенно предпочтителен также один из вариантов осуществления, при котором внутреннее зубчатое колесо имеет на один внешний зуб меньше по сравнению с внутренними зубьями зубчатого кольца. Особенно предпочтительные результаты в этой связи были достигнуты с помощью трохоидного насоса, у которого зубчатое кольцо имеет семь внутренних зубьев, а внутреннее зубчатое колесо - шесть внешних зубьев.
Зубчатое кольцо представляет собой, например, внешний ротор, установленный с возможностью вращения в роторной камере. Но альтернативно также только внутреннее зубчатое колесо может быть выполнено в виде приводимого во вращение внутреннего ротора. Особенно предпочтителен один из вариантов осуществления, при котором приводимыми во вращение являются как зубчатое кольцо в качестве внешнего ротора, так и внутреннее зубчатое колесо в качестве внутреннего ротора.
Получающиеся с помощью заявленного транспортного средства преимущества идентичны преимуществам, названным выше, и здесь уже особо не повторяются.
Только в качестве примера изобретение дополнительно поясняется с помощью чертежа.
Показано:
фиг.1: вид в плане шестеренного насоса с внутренним зацеплением, выполненного в виде трохоидного насоса, в осевом направлении при снятой крышке корпуса, и
фиг.2: сечение трохоидного насоса в соответствии с фиг.1 по базовой плоскости A-A.
На фиг.1 изображен вид в плане шестеренного насоса с внутренним зацеплением, выполненного в виде трохоидного насоса 1 (без крышки корпуса), а на фиг.2 - изображение сечения по базовой плоскости 2 (линия A-A) с фиг.1.
Трохоидный насос 1 имеет корпус 3 насоса, имеющий предпочтительно цилиндрическую роторную камеру 4, которая в рабочем состоянии закрыта крышкой 5 камеры (см. фиг.2). На фиг.1 крышка 5 камеры опущена, чтобы можно было заглянуть во внутреннее пространство камеры.
В роторной камере 4 предпочтительно с таким же цилиндрическим периметром установлен с возможностью вращения внешний ротор 6, который выполнен в виде зубчатого кольца, имеющего несколько, здесь только в качестве примера семь, направленных внутрь внутренних зубьев 7a-7g. Ось цилиндра роторной камеры 4, соответственно, ось вращения внешнего ротора 6 обозначена ссылочным обозначением 8.
Во внешнем роторе эксцентрически расположен, соответственно, установлен внутренний ротор 11, который посредством приводного вала 9 приводится во вращение вокруг приводной оси 10. Внутренний ротор 11 здесь предпочтительно имеет на один внешний зуб меньше, и при этом, в случае показанного здесь примера, снабжен шестью внешними зубьями 12a-12f. Внутренние зубья 7a-7g и внешние зубья 12a-12f, выполненные в трахоидальной форме, находятся в зацеплении друг с другом.
Базовая плоскость 2 проходит через середину положения 13 первой (верхней) мертвой точки, через две эксцентрически смещенные друг относительно друга оси 8 и 10, а также через положение 14 второй, по существу противоположной и нижней мертвой точки. В положении 13 первой мертвой точки в области 13a зацепления зубьев внешний зуб 12a по существу полностью, соответственно, целиком, то есть по существу без зазора, соответственно, согласуясь по форме и контуру, закладывается в межзубную впадину внутреннего зубчатого венца (здесь между внутренними зубьями 7a и 7g). В положении 14 второй мертвой точки, в отличие от этого, внешний зуб 12d в области 14a примыкания зубьев прилегает головкой к внутреннему зубу 7d, соответственно, примыкает к нему.
При вращении против направления часовой стрелки (стрелка 15 вращения), начиная от базовой плоскости 2 и положения 13 первой мертвой точки, в левой области роторной камеры соответственно увеличиваются объемы в виде насосных камер 16 между внутренними зубьями и внешними зубьями до достижения положения 14 второй мертвой точки. При этом вследствие увеличивающихся насосных камер 16 из камеры 17 всасывания всасывается нагнетаемая текучая среда. Камера 17 всасывания здесь показана на чертеже только штриховой линией и образована в стенке 4a роторной камеры 4, с торцевой стороны примыкая к зубчатым областям внутреннего ротора 11 и внешнего ротора 6 (соединительный трубопровод для текучей среды, служащий впуском, в целях наглядности на чертеже не показан).
При продолжении поворота внутреннего ротора 11 в области роторной камеры справа от базовой плоскости 2 и, начиная от положения 14 второй мертвой точки, насосные камеры 16 при движении в направлении положения 13 первой мертвой точки уменьшаются, вследствие чего помещенная в камере 17 всасывания текучая среда выжимается из насосных камер 16 в камеру 18 нагнетания, а из нее отводится с помощью (не изображенного в целях наглядности) насосного трубопровода. Камера 18 нагнетания также изображена здесь схематично штриховой линией и (как и камера 17 всасывания) выполнена, с торцевой стороны примыкая к внешнему ротору 6 и внутреннему ротору 11, в стенке 4a роторной камеры 4. При этом камера 17 всасывания и камера 18 нагнетания, как показано на фиг.1, могут быть выполнены в, соответственно, на одной и той же стенке 4a роторной камеры или, альтернативно, также на различных стенках 4a роторной камеры, например, как изображено на фиг.2, на противоположных стенках 4a роторной камеры.
Как видно также из фиг.1, как камера 17 всасывания, так и камера 18 нагнетания находятся на определенном расстоянии от области 13a зацепления зубьев и от области 14a примыкания зубьев, так что стенки 4a роторной камеры примыкают там по существу непосредственно. Это может приводить к образованию вышеназванных течений вытеснения в области 13a зацепления зубьев, соответственно, к созданию толчков давления в области 14a примыкания зубьев.
Во избежание этого и вместе с тем для снижения мешающих шумов в представленном примере осуществления трихоидного насоса 1 в области стенки 4a роторной камеры, по существу непосредственно примыкающей к области 13a зацепления зубьев, выполнен пазовый разгрузочный канал 19, а в области стенки 4a роторной камеры, по существу непосредственно примыкающей к области 14a примыкания зубьев - пазовый дополнительный канал 20, то есть, другими словами, выполнен в, соответственно, на области стенки 4a роторной камеры 4, по существу непосредственно примыкающей к торцевой стороне внешнего ротора 6 и внутреннего ротора 11, и начиная оттуда, проведен в стенке 4a роторной камеры к удаленно от нее тоже оканчивающейся в стенке 4a роторной камеры, соответственно, выполненной камере 18 нагнетания.
Как разгрузочный канал 19, так и дополнительный канал 20 могут быть при этом выполнены в виде паза, открытого в направлении роторной камеры 4, но при необходимости также быть выполнены в виде канала, проходящего внутри стенки 4a роторной камеры.
При этом разгрузочный канал 19 в показанном примере осуществления, начиная от базовой плоскости 2 и вместе с тем начиная от середины области 13a зацепления зубьев, проходит в виде проточного канала в камеру 18 нагнетания. Благодаря этому течения вытеснения в области 13a зацепления зубьев предотвращаются и отводятся в камеру 18 нагнетания и тем самым, в частности, предпочтительно снижаются психоакустические мешающие шумы.
Дополнительный канал 20, начиная от середины области 14a примыкания зубьев, распространяется в виде проточного канала тоже в камере 18 нагнетания. При этом уменьшаются импульсные толчки давления в этом месте в переходе от камеры 17 всасывания к камере 18 нагнетания, благодаря чему достигается дополнительное уменьшение мешающих шумов.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Трохоидный насос
2 Базовая плоскость
3 Корпус
4 Роторная камера
4a Стенка роторной камеры
5 Крышка камеры
6 Внешний ротор
7a-7g Внутренние зубья
8 Ось внешнего ротора
9 Приводной вал
10 Приводная ось
11 Внутренний ротор
12a-12f Внешние зубья
13 Положение первой мертвой точки
13a Область зацепления зубьев
14 Положение второй мертвой точки
14a Область примыкания зубьев
15 Стрелка вращения
16 Насосная камера
17 Камера всасывания
18 Камера нагнетания
19 Разгрузочный канал
20 Дополнительный канал