KR20170093218A

KR20170093218A - 제로터 펌프

Info

Publication number: KR20170093218A
Application number: KR1020177018791A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 블레흐슈미트
Original assignee: 니덱 게페엠 게엠베하
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-08-14
Also published as: CN107250541B; WO2016091245A1; EP3230592A1; CN107250541A; DE102014018179B3; US20170335844A1; US10451056B2; JP6639505B2; BR112017010529A2; EP3230592B1; JP2017537265A

Abstract

본 발명은, 약 20 내지 40㎜의 치단부(tooth tip) 지름을 갖는 로터를 위한 제로터 펌프에 관한 것으로, 3 내지 20 bar 범위의 송출 압력으로 작동하고, 예컨대 저점성의 엔진 오일을 송출하기 위한 자동차 분야의 오일 펌프와 같은 거의 윤활하지 않는 매체들을 송출하기 위해 사용되는 제로터 펌프에 관한 것이다. 본 발명의 과제는, 로터가 약 20 내지 약 40㎜의 치단부 지름을 가지고 송출 압력이 3 내지 20 bar의 범위인 상대적으로 소형인 펌프 시스템에서의 이용과 결부하여 "저점성 저마찰 오일"과 같은 낮은 점성의 송출 매체의 이용 시, 및 500 내지 1,000 U/min 범위의 낮은 회전 속도와 높은 송출 압력 상태에서 효율 손실이 동시에 발생하는 구동 토크의 초과 비례적인 상승을 상당히 감소시키는 슬리브 가이드형 로터를 포함하는 제로터 펌프를 개발하는 것이다. 본 발명에 따른 제로터 펌프는, 서로 맞물리는 기어들의 단부 벽부(5)의 양측에 배치되는 측면 벽부(6)을 가지고, 상기 측면 벽부(6) 중 적어도 하나의 측면 벽부에는 각각 원호형 압력 키드니(8)와, 이에 대향하는 원호형 흡입 키드니(9)가 배치되며, 상기 압력 키드니(8)와 흡입 키드니(9)에 인접한 로터(1)의 단부 벽부(5)의 각각의 치부(10) 상에는, 치부 높이(H)에 걸쳐, 치부 중심 평면(M)에서 시작하거나 또는 치부 중심 평면(M)에서 로터(1)의 회전 방향(R)으로 "오프셋"되어, 로터(1)의 회전 방향(R)으로 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면에 대하여 경사진 윤활면(11)이 배치되며, 상기 윤활면은 하나의 평면 표면으로 형성되거나, 또는 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면에 대해 각각 0.2° 내지 7° 범위의 경사 각도(α, β, γ, ...)를 가지고 서로 이어지는 복수의 평면 부분 표면들로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

제로터 펌프{GEROTOR PUMP}

본 발명은, 약 20 내지 40㎜의 치단부 지름을 갖는 로터를 위한 제로터 펌프에 관한 것으로, 상기 제로터 펌프는 3 내지 20 bar 범위의 송출 압력으로 작동하며, 예컨대 저점성을 갖는 엔진 오일을 송출하기 위한 자동차 분야에서의 오일펌프와 같은 거의 윤활하지 않는 매체들을 송출하기 위해 이용된다.

종래 기술에서는, 외접식 내접 기어와 내접식 환상 기어, 즉 외접 기어를 포함하는 제로터 펌프로서, 하우징 링의 원형 리세스 내에서 기어들이 서로 오프셋된 축들을 중심으로 서로 맞물려 회전하도록 가이드되고, 서로 연동하는 로터들이 함께 원주방향으로 크기 및 위치가 주기적으로 변하는 압력 챔버들을 형성하는, 제로터 펌프의 원리 및 작동 방식에 대한 출원이 다수 개시되어 있다.

서로 맞물리는 기어들의 양측에는 단부 벽부들(end wall)이 덮개 및/또는 하우징으로서 배치되며, 축들을 포함하면서 단면도에서는 중심선으로서 보이는 편심 평면의 양 측면으로 향하는 단부 벽부/덮개 중 적어도 하나에서 일측에 원호형 압력 그루브(pressure groove)가 배치되고 타측에는 원호형 흡입 그루브(suction groove)가 배치된다.

제로터 원리에 따라서 작동하는 상기 기어 펌프들은 편심성의 매우 정확한 준수를 필요로 하며, 자동차 분야에서의 적용 시에는 높은 작동 신뢰성 및 오랜 유효 수명을 갖는 조건으로 최대한 경제적인 제조를 요구한다.

DE 10 2012 205 406 A1에는, 만곡되는, 즉 직선과 다른 접촉선들에 의해, 그리고 전체 치형(tooth profile)을 따라서 챔퍼링(chamfering)된 기어의 단부 벽부의 가장자리 영역에 의해, 제로터 펌프의 작동 동안 소음 형성을 감소시키는 압력 맥동 감소가 실현되게 하는 제로터 펌프가 개시되어 있다.

여기서, 상기 방안의 경우, 그 결과에 따른 치부 챔버들(tooth chamber) 사이의 간극 연결(gap connection)로 인해, 상기 유형의 변위 유닛(displacement unit)의 작동 중 치면들(tooth flank)의 가장자리 영역들 간의 밀봉 거동(sealing behavior)이 악화되는 점은 감수해야 한다.

DE 10 2006 047 312 A1에서 제로터 펌프와 관련하여 제안되는 구성 역시 상기 유형의 유압 유닛의 작동 동안 압력 피크를 감소시킨다.

DE 2006 047 312 A1에 따르는 구성에서는, 기어의 양 측면에서, 치단부 상의 정점 양측에 장방형 리세스들이 배치되며, 이 리세스들은 압력 챔버가 최소 또는 최대 체적을 보유하는 시점들에서 인접한 압력 챔버와의 단락(short circuit)을 야기하여, 인접한 챔버로 향하는 유체의 역류와 그에 따른 압력 보상이 가능해진다. 여기서는, 그에 따라 실현되는, 양 및 음의 압력 피크들의 감소의 결과로서, 유압 유닛의 작동 거동은 저마모 방식으로 나타난다고 되어 있다.

DE 26 06 172 C2에는 작은 반경 방향 치수를 갖는 제로터 펌프의 추가 구조 형상이 개시되어 있으며, 이런 제로터 펌프에서는, 제로터 펌프의 연속적인 단부 벽부 상에 인접하면서, 인접한 기어 단부면 상의 환상 그루브 내에 위치 포지셔닝되는 실링 링을 일측에 장착하는 것을 통해, 누출 손실이 적게 유지된다고 되어 있다. 그러나 이처럼 내부 로터 상에 실링 부재를 일측에 장착함으로써 기어는 상당한 힘으로 개구부를 구비한 대향하는 단부 벽부 쪽에 밀착된다. 한편, 높은 법선ㅂ방향 힘(normal force)으로 인한 매우 높은 마찰력을 감소시키기 위해, 실링 부재에 대향하는 기어의 단부면 상에서 각각의 치단부 상부에는 치단부 높이(tooth tip height)의 일부분에 걸쳐서 치부 중심축에 대해 대칭을 이루면서, 인접한 변위 챔버들과 연통되는 2개의 압력 보상 표면이, 반경 방향 웨브를 통해 서로 분리되는 2개의 함몰부의 형태로 배치된다. 상기 압력 보상 표면들에 의해, 일측 장착을 통해 야기되어 마찰력을 야기하는 높은 법선력, 즉 축 방향 밀봉력은, 개구부를 구비한 단부 벽부 상으로 가해지는 기어의 압착력이면서 누출 간극을 감소시키는 상기 압착력이 여전히 존재하지만, 그러나 상기 압착력이 "과도한" 마찰이 더 이상 발생하지 않을 정도로 감소되는 정도로, 감소되거나 보상된다고 한다. 이 경우, 두 변위 챔버 사이에서 치단부의 단부면 상에 배치되는 반경 방향 웨브에 의해서는, 치단부 상에서 서로 인접하게 배치되는 변위 챔버들이 단락되지 않게 된다.

그러나 작은 반경 방향 지름을 갖는 제로터 펌프의 상기 구조의 경우, 기어/내부 로터 상에 인가되는 펌핑 압력을 통해, 제로터 펌프의 대향하는 단부 벽부와 회전 각도의 약 180°에 걸친 내부 로터의 부분 접촉을 야기하면서 무시할 수 없는 마모를 초래하는 경사력(tiling force)이 야기된다.

상기 마모 문제뿐만 아니라, 상기 유형의 구조 형상들에서 불가피하게 발생하는 마찰력은 낮은 점성을 갖는 매체들의 송출 동안 증폭되어 발생하며, 그 외에 높은 구동 토크도 야기한다.

연료 소모량의 절감을 위해, 자동차 분야에서는 과거 수년 동안 저점성을 갖는 엔진 오일이 더욱 많이 이용되고 있다.

그러므로 거의 윤활하지 않는 매체들을 통과(송출)시키는 경우, 오일펌프들에서도, 매우 경질이면서 동시에 내부식성이 있는 재료들, 예컨대 세라믹 또는 초경 합금(hard metal)을 사용할 필요가 있다.

이러한 재료들의 이용은, 마찰공학적으로 요구되는 제로터 펌프의 모든 기능 부품의 경우, 결과적으로 연질 재료들의 이용 시 연속해서 발생하는 마모를 방지하기 위해 적합하다.

그러나 제조 기술적 관점에서, 특히 비용으로 인해, 세라믹 또는 초경 합금을 이용한 펌프 하우징의 제조는 매우 비용 집약적이다.

수십 년 전부터, 통상, 세라믹 또는 초경 합금 소재의 저마모성 베어링 슬리브들을 포함한 슬리브 가이드형 로터들이 이용되고 있다. 동일한 방식으로, 접착제 등을 이용하여 주조 금속/경금속 소재의 펌프 하우징 내에 상기 슬리브들을 고정하는 것도 수년 전부터 공지되었다.

특히 로터가 약 20 내지 40㎜의 치단부 지름을 가지고, 3 내지 20 bar 범위의 송출 압력으로 작동하는 상대적으로 소형인 펌프 시스템에서 슬리브 가이드형 로터들의 이용과 결부하여, 특히 500 내지 1,000 U/min 범위의 낮은 회전 속도와 높은 작동 압력 상태에서 효율 손실이 동시에 발생하는 구동 토크의 초과 비례적인 상승이 야기되는 점이 확인된다.

이에 대한 원인은, 저점성의 송출 매체의 이용과 결부하여 활주 속도(glide speed)가 너무 낮은 경우 동적으로 지지하는 윤활막이 더 이상 형성될 수 없음으로써 시스템이 경계 마찰(mixed friction)의 상태로 전환되는 점에 있다.

세라믹 또는 초경 합금 소재의 저마모성 베어링 슬리브들을 이용할 때에도, 슬리브 가이드형 로터들의 경우 특히 주조 금속/경금속 소재의 펌프 하우징의 이용과 결부하여 하우징 및/또는 덮개 상의 흡입 그루브의 양측 영역에 측정 가능한 마모 현상이 발생하며, 이런 마모 현상은 송출할 매체의 작동 압력이 증가하고 점성이 감소함에 따라 하우징 및/또는 덮개 상에 로터가 충돌하는 것에 그 원인이 있는 것으로서 이용 기간이 증가함에 따라 제로터 펌프의 압력 측과 흡입 측 사이에서 누출 손실을 초래한다.

그로 인해, 펌프의 효율 손실이 동시에 발생하는 구동 토크의 초과 비례적인 상승이 야기되며, 그럼으로써 작동 신뢰성 외에도 앞서 기재한 제로터 펌프의 유효 수명 역시도 심하게 저하된다.

본 발명의 과제는, 로터가 약 20 내지 40㎜의 치단부 지름을 가지고 송출 압력이 3 내지 20 bar의 범위인 상대적으로 소형인 펌프 시스템에서의 이용과 결부하여 "저점성 저마찰 오일"과 같은 낮은 점성의 송출 매체들의 이용 시에, 그리고 500 내지 1,000 U/min 범위의 낮은 회전 속도와 높은 송출 압력 상태에서 효율 손실이 동시에 발생하는 구동 토크의 초과 비례적인 상승을 상당히 감소시킴으로써 제로터 펌프의 작동 신뢰성을 높이고 유효 수명을 연장하면서 항상 높은 펌핑 효율을 보장할 수 있는, 슬리브 가이드형 로터를 포함하는 제로터 펌프를 개발하는 것이다.

상기한 과제는 본 발명에 따른 독립 청구항의 특징을 가지는 기어 펌프를 통해 해결된다.

본 발명의 바람직한 실시예들, 상세 내용들 및 특징들은 종속 청구항들에 기재되어 있으며, 본 발명의 실시예를 도시한 도면들에도 제시되어 있다.

도 1은 제로터 펌프의 측단면도;
도 2는 도 1과 유사하게 종래 기술에 따라 구성된 제로터 펌프의 덮개(7)의 측면 벽부(6)의 사시도로서, 종래 기술에서 통상적인 마모 자국(13)이 도시된 도면;
도 3은 본 발명에 따라 구성되는 경사 각도(α)로 경사진 평면 윤활면(11)을 가진 로터(1)의 평면도;
도 4는, 도 3과 유사한 로터로서, 치부 중심 평면(M) 앞쪽으로 "오프셋(offset)"되어 로터(1)의 회전 방향(R)으로 경사 각도(α)로 경사진 평면 윤활면(11)을 가지는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 치부(10)의 치부 벽부의 상세 평면도;
도 5는 본 발명에 따라 구성되는 2개의 경사 각도(α 및 β)로 단차형으로 경사진 윤활면(11)을 가지는 로터(1)의 평면도;
도 6은, 도 5과 유사한 로터로서, 치부 중심 평면(M) 앞쪽으로 "오프셋 되어" 로터(1)의 회전 방향(R)으로 2개의 경사 각도(α 및 β)로 단차형으로 경사진 윤활면(11)을 가지는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 치부(10)의 치부 벽부의 상세 평면도이다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 제로터 펌프는, 도 3 내지 도 6에 도시된 것과 같은 외접식 내접 기어, 즉 로터(1)와, 내접식 외접 기어, 즉 환상 기어(2)를 포함한다. 상기 기어들은 펌프 하우징(3)의 원형 작동 챔버 내에서서로 오프셋된 축들을 중심으로 서로 맞물려 회전하도록 가이드된다. 상기 로터(1)는 일측이 베어링 슬리브(4) 상에 지지되고, 서로 맞물리는 기어들의 단부 벽부들(5)의 양측에는, 펌프 하우징(3) 내에 통합되거나, 또는 덮개(7)로서 펌프 하우징(3) 상에 배치될 수 있는 측면 벽부들(6)이 각각 배치된다. 상기 측면 벽부들(6) 중 적어도 하나의 측면 벽부에는 로터(1) 및 환상 기어(2)의 서로 오프셋 된 축들을 포함하는 편심 평면의 양 측에, 각각 원호형 압력 키드니(8)(pressure kidney)와 이에 대향하여 원호형 흡입 키드니(9)(suction kidney)가 배치된다.

본 발명에 따른 제로터 펌프는, 압력 키드니(8) 및 흡입 키드니(9)에 인접하는 로터(1)의 단부 벽부(5) 상에서 각각의 치부(10) 상에는 치부 높이(H)에 걸쳐, 치부 중심 평면(M)에서 시작하거나, 또는 로터(1)의 회전 방향(R)으로 치부 중심 평면(M) 앞쪽으로 "오프셋" 되어 시작하여 로터(1)의 회전 방향(R)으로 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면 쪽으로 경사지는 윤활면(11)이 배치되며, 이 윤활면은 하나의 평면 표면으로 형성되거나, 또는 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면에 대해 각각 0.2° 내지 7°의 범위의 경사 각도(α, β, γ, ...)를 가지고 서로 이어지는 복수의 평면 부분 표면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라, 압력 키드니(8) 및/또는 흡입 키드니(9)에 인접하는 로터(1)의 단부 벽부 상에서/내에서 로터(1)의 각각의 치부(10) 상에 로터(1)의 회전 방향(R)으로 배치되고 경사진 윤활면들(11)에 의해, 종래 기술에 따른 제로터 펌프의 마모 거동, 즉 도 2에서 덮개(7)의 측면 벽부(6)의 사시도에 도시된 마모 거동은 상당히 감소될 수 있다.

종래 기술에서 통상적으로 발생하는 도 2에 도시된 마모 자국들(13)의 원인은, 로터(1)의 단부 벽부(5)와, 압력 키드니(8) 및 흡입 키드니(9)를 구비하여 인접해 있는 펌프 하우징(3) 또는 덮개(7)의 측면 벽부(6) 사이에서 저점성 송출 매체들/오일들처럼 윤활이 좋지 않은 송출 매체들에서 지지하는 윤활막이 더 이상 형성될 수 없다는 점에 있는데, 그 이유는 활주 속도가 너무 낮음으로써 시스템이 경계 마찰의 상태로 전환되고, 베어링 유격으로 인해, 로터(1)가, 압력 키드니(8) 내의 압력과 흡입 키드니(9) 내의 압력 간의 압력차로 야기되는 일측 하중을 통해, 제로터 펌프의 인접한 측면 벽부(6)에 충돌하고, 점차 "경사지며", 이와 동시에 가이드 슬리브 "상에서"(다시 말해 가이드 슬리브와 함께) 가능한 가이드 유격의 결과로 발생하게 되는 로터(1)의 최대로 가능한 경사 각도에 이를 때까지 계속해서 점점 더 깊게 인접한 측면 벽부(6) 내로 "깎으면서 들어가기" 때문이다.

이런 마모는 매우 비용 집약적인 슬라이드 쌍들로도 완전하게 저지되지 못하는데, 그 이유는, 상기 경계 마찰 영역에서 모든 종래의 미끄럼 베어링 쌍이 제 기능을 발휘하지 못하고, 매우 고가인 슬라이드 쌍들에서도 연속 작동 모드에서 비용 집약적인 코팅층들 등이 있더라도 끊임없이 진행되는 통제할 수 없는 마모가 나타나며, 이런 마모는 지속적으로 증가하는 마모로 인한 누출 손실로 인해 펌프의 지속적인 효율 손실을 야기하기 때문이다.

로터(1)의 각각의 치수(10) 상에서 로터(1)의 회전 방향(R)으로 압력 키드니(8) 및 흡입 키드니(9)에 인접하는 로터(1)의 단부 벽부(5) 상에/내에 배치되고 경사진 본 발명에 따른 윤활면(11)에 의해서, 윤활에 부적합한 송출 매체들의 송출하고, 이와 동시에 상대 슬라이드 부재들의 활주 속도가 낮고 슬라이드 쌍들이 경제적인 상태에서 높은 작동 압력처럼 바람직하지 못한 기본 조건들에서조차도, 로터(1)의 단부 벽부(5)와 이에 각각 인접하는 제로터 펌프의 측면 벽부(6) 사이에서 유체역학적으로 지지하는 윤활막이 형성될 수 있다.

이와 관련한 특징은, 로터(1)의 회전 방향(R)으로 단부 벽부(5)의 표면 평면 쪽으로 경사진 윤활면(11)이 도 1 및 도 4에 도시된 것처럼 평면으로 형성되며, 그리고 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면에 대해 0.2° 내지 7°의 범위 이내인 경사 각도(α)를 취하는 평면 표면으로 구성되는 것에 있다.

예컨대 도 3에 도시된 것처럼, 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면에 대해 0.5°의 경사 각도(α)로 경사져 있는 평면 윤활면으로 매우 우수한 결과들이 달성된다.

추가 실시예에서, 도 5에 도시된 것처럼, 로터(1)의 단부 벽부(5) 상에서 각각의 치부(10) 상에 배치되는 윤활면(11)은, 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면에 대해 α가 β보다 작다는 조건에서 α 또는 β의 경사 각도를 각각 취하면서 서로 이어지는 각각 2개의 평면 부분 표면으로 형성되며, 그리고 상대적으로 더 큰 경사 각도(β)로 경사지는 윤활면(11)의 부분 표면은 표면 램프부(14)(surface ramp)에서 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면으로 전이된다.

도 5에 도시된 상기 실시예에서, 경사 각도(α)는 0.2°이고, 경사 각도(β)는 5°이다. 윤활면(11)의 두 부분 표면은 함께 하나의 표면 분리부(15)를 형성하고 이와 동시에 서로 둔각으로 위치하며, 윤활면(11)에서 "제2" 경사 각도(β)로 경사진 부분 표면은 표면 램프부(14)에서 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면으로 전이된다. 윤활면(11)의 두 부분 표면은 로터 중심의 방향으로 가파른 표면 에지부(16)를 따라서 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면으로 전이된다. 본 실시예에서, 로터(1)는 SintD39 소재로 구성되고, 환상 기어(2)도 마찬가지로 SintD39로 구성되고, 베어링 링(12)은 St38로 구성되며, 그리고 펌프 하우징(3)은 AlSi9Cu3 소재로 구성된다.

윤활면(11)의 평면 부분 표면들이면서, 일 실시예에서 도 5에 따라 도시되고 각각의 치부(10) 상에 배치되며 회전 방향에 대해 접선으로, 그리고 로터(1)의 중심축에 대해 평행하게 연장되는 경사 평면(E) 내에서는 상술한 경사 각도들(α 및 β)로 경사지는 상기 평면 부분 표면들은 제조 기술 측면에서 간단하면서도 경제적으로 제조될 수 있으며, 그리고 상술한 사용 조건들하에서 본 발명에 따른 과제의 최적의 해결책을 보장한다.

본 발명에 따라서, 도 4 및 도 6에 도시된 것처럼 로터(1)의 단부 벽부(5) 내에서 각각의 치부(10) 상에 전체 치부 높이(H)에 걸쳐 배치되는 윤활면들(11) 역시도 로터(1)의 회전 방향(R)으로 치부 중심 평면(M) 앞쪽에서 "오프셋" 되어, 치부 중심 평면(M)에 대해 평행하게, 그리고 치근 폭(B)의 최대 20%의 오프셋(V)만큼 이격되어 시작하도록 배치된다.

따라서 액시얼 미끄럼 베어링의 경우에서처럼, 국소적 압력 형성이 실현되며, 이런 압력 형성은 로터(1)와 덮개(7) 사이의 마찰력을 재차 측정 가능한 정도로 감소시킨다.

또한, 본 발명의 핵심은, 베어링 슬리브(4)가 자신의 베어링 표면 상에 작은 거칠기 깊이를 갖는 세라믹 소재로 구성된다는 점이다.

본원의 실시예들에서, 베어링 슬리브(4)의 베어링 표면의 거칠기 값은 Rz = 1안팎이며, 베어링 슬리브(4) 자체는 Al₂O₃ 소재로 구성된다.

로터(1)의 할당된 베어링 보어의 거칠기는 본 실시예의 경우 Rk <= 3이다.

모든 실시예에서, 최대 하중 조건의 2,100h 연속 시험 후에도 측정 기술 측면에서 베어링 슬리브(4) 및 로터(1) 모두에서 마모는 확인되지 않았다.

그 외에도, 로터(1)의 "베어링 표면" 상에서, 즉, 덮개(7) 상에서, 놀라운 방식으로, "자기 광택(self-polishing)"의 형태로 종래에는 설명할 수 없는 마이크로 동적 효과(micro-dynamic effect)가 나타났으며, 이런 효과는 현재 미끄럼 베어링 이론으로는 설명할 수 없는 것인데, 그 이유는 직접적인 몸체 접촉으로 인해 최종적으로 존재하는 경계 마찰이 통상의 이론에 따르면 순차적인 마모 자국을 생성해야만 하는 것이기 때문이다. 그러나 이런 마모는 최대 하중 조건의 장시간 시험 후에도 확인할 수 없었다.

또한, 본원의 특징은, 베어링 슬리브(4)의 가이드 길이(F)가 베어링 지름(D)의 2배 내지 2.3배라는 점에 있다.

따라서 슬리브 보어의 변형 및 그 결과에 따른 로터(1)의 "경동(tilting)"은 경금속(예: AL 합금) 소재의 펌프 하우징들(3)에서도 효과적으로 감소된다.

바람직하게는, 슬리브 고정과 무관하게, 특히 주조 하우징들의 경우, 슬리브 가이드의 주변 영역은, 베어링 슬리브(4)에 작용하는 로터(1)의 "작동 하중"을 통한 슬리브 보어의 가능한 변형을 효과적으로 저지하기 위해, 구조적으로 높은 강성을 보유하여 형성된다.

또한, 본원의 특징은, 베어링 슬리브(4)의 가이드 길이(F)가 베어링 슬리브(4)의 전체 길이(L)의 약 53% 내지 60%라는 점에 있다.

슬리브 보어의 주변 영역의 전술한 형성과 함께, 베어링 슬리브(4)의 본 발명에 따른 가이드 길이(F)는, 위치에 확실한 포지셔닝 외에도, 펌프 하우징(3) 내에서 베어링 슬리브(4)의 접착 또는 압입 끼워 맞춤 여부와 무관하게, 높은 탄성 계수를 갖는 재료(예: 세라믹 / 탄성 계수: 약 380 내지 400GPa)로 이루어진 베어링 슬리브(4)를 이용하고 이와 동시에 베어링 슬리브를 내굽힘성으로[다시 말해 높은 반경 방향 하중에서도 베어링 슬리브(4)의 휨을 상쇄시키는 방식으로] 형성함으로써 펌프 하우징(3) 내에서 로터(1)의 신뢰성 있는 포지셔닝을 보장한다.

또한, 바람직하게는 펌프 하우징(3)은 주조 알루미늄으로 제조된다. 이는, 경제적이면서도 제조 기술에서 간단한 제조 외에도, 이와 동시에 높은 작동 신뢰성 및 오랜 유효 수명을 가능하게 한다.

따라서, 본 발명에 따른 해결책에 의해, 자체의 로터들이 약 20 내지 약 40㎜의 치단부 지름을 가지고 자체의 송출 압력은 3 내지 20bar의 범위인 상대적으로 더 소형인 펌프 시스템에서의 이용과 결부하여 "저점성 저마찰 오일"과 같은 낮은 점성의 송출 매체들의 이용 시에도, 그리고 500 내지 1,000U/min 범위의 낮은 회전 속도와 높은 송출 압력 상태에서도 효율 손실이 동시에 발생하는 구동 토크의 초과 비례적인 상승을 분명하게 감소시킴으로써 본 발명에 따른 제로터 펌프가 높은 작동 신뢰성 및 오랜 유효 수명을 가지면서 항상 높은 펌핑 효율을 보장하게 하는, 슬리브 가이드형 로터들을 포함하는 제로터 펌프를 개발할 수 있다.

1: 로터
2: 환상 기어
3: 펌프 하우징
4: 베어링 슬리브
5: 단부 벽부
6: 측면 벽부
7: 덮개
8: 압력 키드니
9: 흡입 키드니
10: 치부
11: 윤활면
12: 베어링 링
13: 마모 자국
14: 표면 램프부
15: 표면 분리부
16: 표면 에지부
H: 치부 높이
B: 치근 폭
M: 치부 중심 평면
R: 회전 방향
F: 가이드 길이
L: 전체 길이
d: 베어링 지름
E: 경사 평면
V: 오프셋
α, β, γ: 경사 각도

Claims

외접식 내접 기어인 로터(1)와 내접식 외접 기어인 환상 기어(2)를 포함하는 제로터 펌프로서, 상기 기어들은 펌프 하우징(3)의 원형 작동 챔버 내에서 서로 오프셋된 축들을 중심으로 서로 맞물려 회전하도록 가이드되고, 상기 로터(1)는 일측이 베어링 슬리브(4) 상에 지지되고, 서로 맞물리는 기어들의 단부 벽부(5)의 양측에는, 펌프 하우징(3) 내에 통합되거나 또는 덮개(7)로서 펌프 하우징(3) 상에 배치될 수 있는 측면 벽부(6)가 각각 배치되며, 상기 측면 벽부(6) 중 적어도 하나의 측면 벽부에는 로터(1) 및 환상 기어(2)의 서로 오프셋 된 축들을 포함하는 편심 평면의 양 측면 쪽에 각각 원호형 압력 키드니(8)와 이에 대향하는 원호형 흡입 키드니(9)가 배치되는, 제로터 펌프에 있어서,
상기 압력 키드니(8) 및 흡입 키드니(9)에 인접한 상기 로터(1)의 단부 벽부(5)의 각각의 치부(10) 상에는, 치부 높이(H)에 걸쳐, 치부 중심 평면(M)에서 시작하거나 또는 상기 로터(1)의 회전 방향(R)으로 치부 중심 평면(M) 앞쪽으로 "오프셋" 되어, 로터(1)의 회전 방향(R)으로 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면 쪽으로 경사진 윤활면(11)이 배치되며, 상기 윤활면은 하나의 평면 표면으로 형성되거나, 또는 상기 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면에 대해 각각 0.2° 내지 7°의 범위의 경사 각도(α, β, γ, ...)를 가지고 서로 이어지는 복수의 평면 부분 표면들로 형성되는 것을 특징으로 하는 제로터 펌프.
제1항에 있어서,
상기 로터(1)의 회전 방향(R)으로 로터의 단부 벽부(5)의 표면 평면 쪽으로 경사진 상기 윤활면(11)은 서로 이어진 2개의 평면 부분 표면들로 형성되며, 2개의 평면 부분 표면들은 상기 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면에 대해 각각 α 또는 β의 경사 각도를 가지고, α는 β보다 작으며,
더 큰 경사 각도 β로 경사진 상기 윤활면(11)의 부분 표면은 표면 램프부(14)에서 상기 로터(1)의 단부 벽부(5)의 표면 평면으로 전이되는 것을 특징으로 하는 제로터 펌프.
제1항, 또는 제1항 및 제2항에 있어서,
상기 로터(1)의 단부 벽부(5)에서 각각의 치부(10) 상에 전체 치부 높이(H)에 걸쳐 배치되는 상기 윤활면들(11)은, 상기 로터(1)의 회전 방향(R)으로 상기 치부 중심 평면(M) 앞쪽에서 "오프셋" 되어, 상기 치부 중심 평면(M)에 대해 평행하게, 치근 폭(B)의 최대 20%의 오프셋(V) 만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 제로터 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
상기 베어링 슬리브(4)는 베어링 면이 낮은 거칠기를 가지는 세라믹 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 제로터 펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
상기 베어링 슬리브(4)의 가이드 길이(F)는 베어링 지름(D)의 2배 내지 2.3배인 것을 특징으로 하는 제로터 펌프.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항 또는 복수의 항에 있어서,
상기 베어링 슬리브(4)의 가이드 길이(F)는 상기 베어링 슬리브(4)의 전체 길이(L)의 약 53% 내지 60%인 것을 특징으로 하는 제로터 펌프.