RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 186682 (13) B1 (2 1) Numer zgłoszenia: 321078 (22) Data zgłoszenia: 09.07.1997 (51) IntCl7 F04C 2/00 ( 5 4 ) Pompa gerotorowa i sposób kompensacji luzów w pompie gerotorowej (73) Uprawniony z patentu: Politechnika Wrocławska, Wrocław, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: 18.01.1999 BUP 02/99 (72) Twórcy wynalazku: Sławomir Bednarczyk, Oława, PL Jarosław Stryczek, Wrocław, PL Hubert Pietrus, Wrocław, PL (45) o udzieleniu patentu ogłoszono: 27.02.2004 WUP 02/04 (74) Pełnomocnik: Kozłowska Regina, Politechnika Wrocławska, Biuro d/s Wynalazczości i Ochrony Patentowej (57) 1. Pom pa g e ro to ro w a k tóra składa się z połączonych PL 186682 B1 korpu sow z u lo ż y s k o w a n y m w e w n ą trz zesp o łe m c y k lo id a ln y c h kol zębatych, napędzanych p o p rz e z w a l z s iln ik a nap ędow ego, z n a m ie n n a ty m, że w e w n ą trz korpusu p rzed n ieg o (1 ) 1 korpusu tylnego (2 ), po obu stronach kó l z ę b a ty c h (3 ) i ( 4 ), m a osa dzo ną p ły tk ę k o m p ensacyjną p rze d n ią (5 ) 1 p ły tk ę k o m p ensacyjną ty ln ą (6 ), z k tó rych p ły tk a k o m p e n s a c y jn a p rzed n ia (5 ) m a jeden o tw ó r o n e rk o w a ty m kszta łc ie, a p ły tk a ko m pensacyjn a tylna (6 ) ma dwa otw ory o nerkow atym kształcie 5 Sposób kom pensacji tu ró w w pom pie g e rotorow ej, z n a m ie n n y ty m, że na pole kom pensacyjn e (f), zn ajduiące się na p o w ierzc hni c z o ło w e j p ły tk i kom p e n s a c y in ej ty ln e j (6 ), z otw o ru o n e rk o w a ty m k ształc ie u s y tu o w anego w korpusie ty ln y m (2 ) d o p ro w ad za się c z y n n ik ro b o c zy z k o m ó r m ię d z y - z ębn ych pop rzez n e rk o w a ty o tw ó r p ły tk i ko m p e n sacyjn ei ty ln e j (6 ). zaś na pole kom pensacyjne (f), zna dujące się na pow ierz - chni c z o ło w e i p ły tk i kom p e n s a c yin e j p rzednie j (5 ), dopro w ad za się czyn nik roboczy z otw oru o nerkow atym kształcie usytuow anego w korpusie p rze d n im ( I ) z k o m ó r m ię d zyzęb n y c h przez nerkowaty otw ór płytki kom pensacyinej przedniej (5 ) F ig 1
Pompa gerotorowa i sposób kompensacji luzów w pompie gerotorowej Zastrzeżenia patentowe 1. Pompa gerotorowa, która składa się z połączonych korpusów z ułożyskowanym wewnątrz zespołem cykloidalnych kół zębatych, napędzanych poprzez wał z silnika napędowego, znamienna tym, ze wewnątrz korpusu przedniego (1) i korpusu tylnego (2), po obu stronach kół zębatych (3) i (4) ma osadzoną płytkę kompensacyjną przednią (5) i płytkę kompensacyjną tylną (6), z których płytka kompensacyjna przednia (5) ma jeden otwór o nerkowatym kształcie, a płytka kompensacyjna tylna (6) ma dwa otwory o nerkowatym kształcie. 2. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że płytka kompensacyjna przednia (5) i tylna (6) jest luźno osadzona na wale napędowym (7), natomiast usztywniona kołkami ustalającymi (15) w korpusie przednim (1) i tylnym (2), przy czym otwory o nerkowatym kształcie w płytce kompensacyjnej tylnej (6) pokrywają się z otworami o nerkowatym kształcie w korpusie tylnym (2), zaś otwór o nerkowatym kształcie w płytce kompensacyjnej przedniej (5) pokrywa się z otworem o nerkowatym kształcie w korpusie przednim (1) i jest po stronie tłocznej pompy. 3. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że na powierzchni płytek kompensacyjnych (5) i (6), po stronie tłocznej pompy, ma pola kompensacyjne (f), wyznaczone rowkami, w których są osadzone pierścienie uszczelniające (22) z wkładkami zabezpieczającymi (23). 4. Pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że na powierzchniach czołowych płytek kompensacyjnych (5), (6) od strony korpusów (1), (2) ma pola kompensacyjne (f) opisane dwoma promieniami zewnętrznymi: (r1), (r4), którym odpowiadają dwa kąty zewnętrzne (α1), (α3) oraz dwoma promieniami wewnętrznymi (r2), (r3) i kątem wewnętrznym (α3), przy czym wartości promieni zewnętrznych (r1), (r4) i kątów zewnętrznych (α1), (α3) są tak dobrane, aby siła dociskająca była większa od siły odpychającej i obie działały wzdłuż jednej prostej, natomiast wartości promieni wewnętrznych (r2), (r3) i kąta wewnętrznego (α2) odpowiadają wartościom promieni i kąta opisujących otwory o nerkowatym kształcie korpusu tylnego (2). 5. Sposób kompensacji luzów w pompie gerotorowej, znamienny tym, że na pole kompensacyjne (f), znajdujące się na powierzchni czołowej płytki kompensacyjnej tylnej (6), z otworu o nerkowatym kształcie usytuowanego w korpusie tylnym (2) doprowadza się czynnik roboczy z komór międzyzębnych poprzez nerkowaty otwór płytki kompensacyjnej tylnej (6), zaś na pole kompensacyjne (f), znajdujące się na powierzchni czołowej płytki kompensacyjnej przedniej (5), doprowadza się czynnik roboczy z otworu o nerkowatym kształcie usytuowanego w korpusie przednim (1) z komór międzyzębnych przez nerkowaty otwór płytki kompensacyjnej przedniej (5). * * * Przedmiotem wynalazku jest pompa gerotorowa i sposób kompensacji luzów w pompie gerotorowej, służąca do zamiany energii mechanicznej doprowadzonej do niej z silnika napędowego na energię hydrauliczną zakumulowaną w przetłaczanym ciekłym czynniku roboczym, wykorzystywanym jako jej nośnik, stosowana w hydrostatycznych układach napędowych i sterujących. Znana pompa gerotorowa składa się z trzech korpusów przedniego, środkowego i tylnego skręconych śrubami. W gnieździe łożyskowym korpusu środkowego obraca się zespół kół zębatych cykloidalnych, który napędzany jest poprzez wał z silnika napędowego Sposób kompensacji luzów w pompie gerotorowej nie jest znany, szczelność wewnętrzną zachowuje się jedynie poprzez dokładną obróbkę elementów pompy, a także poprzez wstępny zacisk korpusów pompy śrubami.
186 682 3 Pompy zębate jak i pompy gerotorowe muszą zachowywać szczelność wewnętrzną w całym zakresie obciążeń, gdyż jej brak powoduje obniżenie podstawowych parametrów pracy tych pomp, takich jak wydajność oraz sprawność objętościowa i całkowita. Obniżenie tych parametrów powoduje, że cały układ hydrostatyczny pracuje z niższą sprawnością i nie osiąga zakładanych mocy. Nieszczelności, przecieki wewnętrzne w pompach gerotorowych powstają w wyniku odkształceń sprężystych współpracujących ze sobą elementów, głównie kół zębatych i korpusów. Konstrukcja znanych pomp gerotorowych nie zapewnia uzyskania wysokich wartości parametrów hydraulicznych takich jak: wydajność, sprawność objętościowa i całkowita, zwłaszcza w zakresie średnich i wysokich ciśnień robczych. Podczas pracy pompy gerotorowej przy wysokich ciśnieniach powiększają się szczeliny osiowe spowodowane odkształceniami sprężystymi elementów pompy gerotorowej, zwłaszcza pomiędzy powierzchniami czołowymi kół zębatych a powierzchniami czołowymi korpusu przedniego i tylnego, w które pod wpływem ciśnienia dostaje się czynnik roboczy. Równocześnie w wyniku oddziaływania ciśnienia tłoczenia czynnika roboczego generowana jest w tych szczelinach siła odpychająca korpusy: przedni i tylny od powierzchni czołowych kół zębatych. Powiększają się wówczas szczeliny osiowe, rosną przecieki wewnętrzne, zmniejszając jednocześnie wartości parametrów pracy pomp gerotorowych. Przedmiotem wynalazku jest pompa gerotorowa, która składa się z połączonych korpusów z ułożyskowanym wewnątrz zespołem cykloidalnych kół zębatych, napędzanych poprzez wał z silnika napędowego. Istota pompy gerotorowej, według wynalazku, polega na tym, ze wewnątrz korpusu przedniego i tylnego, po obu stronach kół zębatych, ma osadzoną płytkę kompensacyjną przednią i płytkę kompensacyjną tylną. Płytka kompensacyjna przednia ma jeden otwór o nerkowatym kształcie, a płytka kompensacyjna tylna ma dwa otwory o nerkowatym kształcie. Płytka kompensacyjna przednia i tylna jest luźno osadzona na wale napędowym, natomiast usztywniona kołkami ustalającymi w korpusie przednim i tylnym. Otwory o nerkowatym kształcie w płytce kompensacyjnej tylnej pokrywają się z otworami o nerkowatym kształcie w korpusie tylnym, zaś otwór o nerkowatym kształcie w płytce kompensacyjnej przedniej pokrywa się z otworem o nerkowatym kształcie w korpusie przednim i jest po stronie tłocznej. Na powierzchni płytek kompensacyjnych po stronie tłocznej pompy są pola kompensacyjne wyznaczone rowkami, w których są osadzone pierścienie uszczelniające z wkładkami zabezpieczającymi. Na powierzchniach płytek kompensacyjnych od strony korpusów są pola kompensacyjne opisane dwoma promieniami zewnętrznymi, którym odpowiadają dwa kąty zewnętrzne oraz dwoma promieniami wewnętrznymi i kątem wewnętrznym. Wartości promieni zewnętrznych i kątów zewnętrznych są tak dobrane, aby siła dociskająca była większa od siły odpychającej i obie działały wzdłuż jednej prostej, natomiast wartości promieni wewnętrznych i kąta wewnętrznego odpowiadają wartościom promieni i kąta opisujących otwory o nerkowatym kształcie korpusu tylnego. Przedmiotem wynalazku jest również sposób kompensacji luzów w pompie gerotorowej. Istota sposobu kompensacji luzów w pompie gerotorowej polega na tym, że na pole kompensacyjne, znajdujące się na powierzchni czołowej płytki kompensacyjnej tylnej, z otworu o nerkowatym kształcie usytuowanego w korpusie tylnym doprowadza się czynnik roboczy z komór międzyzębnych poprzez nerkowaty otwór płytki kompensacyjnej tylnej, zaś na pole kompensacyjne, znajdujące się na powierzchni czołowej płytki kompensacyjnej przedniej doprowadza się czynnik roboczy z otworu o nerkowatym kształcie usytuowanego w korpusie przednim z komór międzyzębnych przez nerkowaty otwór płytki kompensacyjnej przedniej. Zaletą wynalazku jest kompensacja luzów osiowych, która jest zrealizowana poprzez wprowadzenie po obu stronach kół zębatych cykloidalnych płytek kompensacyjnych przedniej i tylnej. Na zewnętrzne, czyli od strony korpusów, czołowe powierzchnie płytek kompensacyjnych doprowadzany jest czynnik roboczy pod ciśnieniem tłoczenia, który oddziałuje na pole kompensacyjne. Pierścień uszczelniający jest osadzony w rowku, który wyznacza zewnętrzną granicę pola kompensacyjnego.
4 186 682 W wyniku działania ciśnienia tłoczenia doprowadzonego czynnika roboczego na powierzchnię czołową płytek kompensacyjnych działa siła dociskająca Pd, która dociska je do powierzchni czołowych kół zębatych. Siła ta przeciwdziała sile odpychającej POd, która odpycha płytki kompensacyjne. Siła odpychająca POd powstaje w wyniku oddziaływania ciśnienia tłoczenia czynnika roboczego, znajdującego się w szczelinie pomiędzy powierzchnią czołową kół a powierzchnią czołową płytek kompensacyjnych. Siła dociskająca Pd jest równa lub nieznacznie większa od siły odpychającej P Od, a ich wartości podczas pracy pompy zalezą jedynie od wartości ciśnienia tłoczenia. Tak więc zmiana wartości ciśnienia tłoczenia powoduje zmianę wartości siły odpychającej POd i jednocześnie zmianę wartości siły dociskającej Pd według zależności Pd> = POd- Wprowadzenie hydraulicznej kompensacji luzów osiowych powoduje, że zachowana jest stała wysokość szczeliny osiowej powstałej pomiędzy powierzchniami czołowymi kół zębatych a powierzchniami płytek kompensacyjnych przedniej i tylnej jak również zachowana jest szczelność wewnętrzna w pompie gerotorowej. W wyniku działania hydraulicznej kompensacji luzów osiowych uzyskuje się poprawę parametrów pracy pompy gerotorowej takich jak wydajność, sprawność objętościowa i całkowita, przy średnich oraz wysokich ciśnieniach roboczych. Dodatkowo zastosowanie dwóch korpusów powoduje zwiększenie sztywności konstrukcji, eliminuje odkształcenia sprężyste elementów pompy w trakcie jej pracy, a przez to dodatkowe zwiększenie szczelności wewnętrznej w pompie gerotorowej. Przedmiot wynalazku uwidoczniono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konstrukcję pompy gerotorowej z hydrauliczną kompensacją luzów osiowych, fig. 2 - przekrój A-A przez koła o uzębieniu wewnętrznym i zewnętrznym pompy gerotorowej, fig. 3 - przekrój B-B przez płytkę kompensacyjną pompy gerotorowej od strony korpusu tylnego, fig.4 - przekrój C-C przez płytkę kompensacyjną pompy gerotorowej od strony korpusu przedniego, fig. 5 - przekrój pompy gerotorowej w miejscu usztywnienia kołkami ustalającymi płytki kompensacyjnej, a fig. 6 - kształt i wymiary pola kompensacyjnego. Pompa gerotorowa składa się z dwóch korpusów z korpusu przedniego 1 i korpusu tylnego 2. Wewnątrz korpusu przedniego 1 są osadzone dwa koła zębate, koło o uzębieniu zewnętrznym 3 oraz koło o uzębieniu wewnętrznym 4. Do powierzchni czołowych kół zębatych przylega płytka kompensacyjna przednia 5 od strony przedniego korpusu 1 oraz płytka kompensacyjna tylna 6 od strony korpusu tylnego 2, przy czym płytka kompensacyjna przednia ma jeden otwór o nerkowatym kształcie, a płytka kompensacyjna tylna ma dwa otwory o ner kowatym kształcie. Koło o uzębieniu zewnętrznym 3 jest usztywnione w wale napędowym 7 wpustem 18. Koło o uzębieniu wewnętrznym 4 obraca się w łożysku hydrostatycznym 8, które jest osadzone w korpusie przednim 1. Wał napędowy 7, który obraca się w łożyskach ślizgowych 9, które są osadzone w korpusach przednim 1i tylnym 2 oraz w łożysku kulkowym 10 osadzonym w korpusie przednim 1, jest wyposażony w wpust wału napędowego 19. Łożysko kulkowe 1 0 i pierścienie uszczelniające 2 0 zabezpieczone są przed przesuwaniem się za pomocą dwóch pierścieni osadczych zewnętrznego 16 i wewnętrznego 17. W korpusach przednim 1 i tylnym 2, skręconych za pomocą śrub 11 z nakrętką 12 i podkładką 13 są wykonane otwory, w których są pasowane kołki 14 zapewniające wzajemną współosiowość i dodatkowe usztywnienie konstrukcji pompy gerotorowej, zaś jej szczelność jest zapewniona przez osadzenie, między powierzchniami styku korpusów 1 i 2, pierścienia uszczelniającego 21. Płytki kompensacyjne przednia 5 i tylna 6 są luźno osadzone na wale napędowym 7, natomiast usztywnione kołkami ustalającymi 15 w korpusie przednim 1 i tylnym 2. Płytki kompensacyjne przednia 5 i tylna 6, po stronie tłocznej pompy, mają pola kompensacyjne f o kształcie ner kowatym wyznaczone rowkami, w których są osadzone pierścienie uszczelniające 2 2 z wkładkami zabezpieczającymi 23. Pola kompensacyjne f opisane są promieniami zewnętrznymi ri1, r4, którym odpowiadają kąty zewnętrzne α1, α 3 oraz promieniami wewnętrznymi R2, r3 i kątem wewnętrznym α 3 Wartości promieni zewnętrznych r 1, r4 i kątów zewnętrznych α1, α3 są tak dobrane, aby siła dociskająca Pd była większa od siły odpychającej Pod i obie działały wzdłuz jednej prostej,
186 682 5 natomiast wartości promieni wewnętrznych r2, r3 i kąta wewnętrznego α2 odpowiadają wartościom promieni i kąta opisujących otwory o nerkowatym kształcie korpusu tylnego 2. Sposób kompensacji luzów w pompie gerotorowej według wynalazku polega tym, ze na pole kompensacyjne f znajdujące się na powierzchni czołowej płytki kompensacyjnej tylnej 6 z otworu o nerkowatym kształcie usytuowanego w korpusie tylnym 2 doprowadza się czynnik roboczy z komór międzyzębnych poprzez nerkowaty otwór płytki kompensacyjnej tylnej 6, zaś na pole kompensacyjne f znajdujące się na powierzchni czołowej płytki kompensacyjnej przedniej 5 doprowadza się czynnik roboczy z otworu o nerkowatym kształcie, usytuowanego w korpusie przednim 1z komór międzyzębnych przez nerkowaty otwór płytki kompensacyjnej przedniej 5. A-A Fig. 2
186 682 B-B Fig. 3
186 682 C- C Fig. 4
186 682 Fig. 5
186 682 Fig. 6
186 682 Fig. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.