AT500629A1

AT500629A1 - Zahnradpumpe

Info

Publication number: AT500629A1
Application number: AT9202004A
Authority: AT
Inventors: Alfred Goetschhofer
Original assignee: Tcg Unitech Ag
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2006-02-15
Also published as: AT500629B1; AT500629B8

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit veränderbarem Fördervolumen mit zwei miteinander im Zahneingriff stehenden aussenverzahnten Zahnrädern, welche in einem Förderraum eines Pumpengehäuses drehbar gelagert sind, wobei zumindest eines der beiden Zahnräder über eine Antriebswelle antreibbar ist und eines der beiden Zahnräder, vorzugsweise das abgetriebene Zahnrad, in Richtung der Achse dieses Zahnrades verschiebbar ausgebildet ist, wobei ein durch den in axialer Richtung gemessenen Abstand zwischen einer im wesentlichen ebenen ersten Innenseitenwand des Förderraumes des Pumpengehäuses und einer ersten Stirnseite des verschiebbaren Zahnrades definiertes Spaltmass veränderbar ist.
Eine derartige Zahnradpumpe ist in der österreichischen Patentanmeldung A 493/2003 beschrieben.

Zum Unterschied zu anderen bekannten regelbaren Zahnradpumpen mit axial verschiebbaren Zahnrädern erfolgt die Regelung des Fördervolumens vor allem durch die Veränderung des Spaltmasses und somit der Spaltverluste. Füllstücke zur Füllung der Toträume, welche beispielsweise in die Zahnlücken eingreifen, sind nicht notwendig. Durch die Druck- bzw. Fördermengenregelung über die Veränderung des Spaltmasses genügen äusserst geringe axiale Verschiebungen, da das Spaltmass sehr stark Druck- und Fördermenge der Zahnradpumpe beeinflusst. Die Druck- und Fördermengenregelung erfolgt bei der beschriebenen Zahnradpumpe völlig ohne Regelkolben oder Ventile, wodurch eine sehr kompakte Bauweise erreicht werden kann.

Da die Regelung durch Veränderung der Spaltverluste durchgeführt wird, und sich im Regelbereich eine geringere Saug-/Druckleistung einstellt, weist die Zahnradpumpe im Regelbereich auch eine wesentlich geringere Leistungsaufnahme auf. Durch die äusserst geringe Verschiebung der Zahnräder sind die Zähne fast immer auf der ganzen Zahnflanke tragend, wodurch sie einem wesentlich geringeren Verschleiss unterliegen als über die Zahneingriffsbreite geregelten Zahnradpumpen.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise bei einer Zahnradpumpe der eingangs genannten Art eine Regelung des Fördervolumens zu erreichen.

Insbesondere sollen dabei Druckspitzen im Totraum vermieden werden.
Erfindungsgemäss ist dazu vorgesehen, dass der Totraum über zumindest einen Entlastungskanal mit einer Drucksenke, vorzugsweise mit der Saugseite oder der Pumpenumgebung strömungsverbindbar ist, wobei im Entlastungskanal ein Drucksteuerorgan angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Drucksteuerorgan durch eine, vorzugsweise eine Feder gebildete, definierte Schliesskraft in Richtung einer die Strömungsverbindung zur Drucksenke unterbrechenden Schliessstellung belastet ist. Dadurch können Druckspitzen im Totraum vermieden und eine sichere Druckentlastung erreicht werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Drucksteuerorgan durch ein in Richtung der Druckseite öffnendes Druckentlastungsventil gebildet ist.
Das Druckentlastungsventil hat die Aufgabe, einen Druckanstieg im Totraum zu verhindern.

Dadurch kann eine Fehlfunktion der Regelcharakteristik der Zahnradpumpe vermieden werden, was insbesondere bei Kalthochlauf und bei radial verschlossener Abdichtscheibe von Bedeutung ist.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Drucksteuerorgan durch ein einen Steuerkolben aufweisendes Steuerventil gebildet ist, wobei der Steuerkolben in einem Steuerzylinder verschiebbar angeordnet ist. Der Steuerkolben wird vorteilhafterweise durch eine Feder in Richtung seiner Schliessstellung belastet, in welche die Strömungsverbindung zwischen Totraum und Drucksenke unterbrochen ist. Der Steuerraum des Steuerzylinders wird mit einem internen oder externen Steuerdruck beaufschlagt. Im Falle der internen Steuerdruck-Beaufschlagung kann vorgesehen sein, dass ein Steuerraum des Steuerzylinders, vorzugsweise über eine interne Steuerleitung, mit dem Totraum strömungsverbunden ist.

Im Falle einer externen Ansteuerung kann vorgesehen sein, dass der externe Steuerdruck der Pumpendruck auf der Druckseite der Zahnradpumpe ist und dass der Steuerraum mit der Druckseite der Zahnradpumpe verbunden ist. Der externe Steuerdruck kann aber auch der Anspeisedruck zumindest einer Ölversorgungsstelle, etwa eine Hauptlagers einer Brennkraftmaschine, sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 die erfindungsgemässe Zahnradpumpe in einem Schnitt gemäss der Linie I-I in den Fig. 1 und 2, Fig. 2 die Zahnradpumpe in einem Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 in der Ruhestellung in einer ersten erfindungsgemässen Ausführungsvariante, Fig. 3 diese Zahnradpumpe in einem Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 in einer Regelstellung, Fig. 2a die Zahnradpumpe in einem Schnitt analog zu Fig.

2 in der Ruhestellung in einer zweiten erfindungsgemässen Ausführungsvariante, Fig. 3a diese Zahnradpumpe in einem Schnitt analog zu Fig. 3 in einer Regelstellung, Fig. 4 und 5 eine Zahnradpumpe in einer dritten erfindungsgemässen Ausführungsvariante analog zu Fig. 2 und 3 und Fig. 6 eine Abdichtscheibe in einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung in einem Längsschnitt.
Funktionsgleiche Bauteile sind in den Ausführungsbeispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zahnradpumpe 1 weist zwei miteinander in Eingriff stehende, aussenverzahnte Zahnräder 2, 3 auf, welche in einem Förderraum 11 eines Pumpengehäuses 4 drehbar angeordnet sind. Das Zahnrad 3 wird über eine Antriebswelle 5 angetrieben und treibt das Zahnrad 2 an.

Das abgetriebene Zahnrad 2 ist zusammen mit einer Abdichtscheibe 6 auf einer Regelwelle 7 angeordnet und kann mit dieser in Richtung der Achse 2' des Zahnrades 2 verschoben werden, wie mit dem Pfeil P angedeutet ist. Mit Bezugszeichen 8 ist die Saugseite, mit Bezugszeichen 9 die Druckseite der Zahnradpumpe 1 und mit den Pfeilen S die Strömungsrichtung des Mediums angedeutet.
Durch Verschieben der Regelwelle 7 und damit des verschiebbaren Zahnrades 2 kann das in Fig. 3 ersichtliche Spaltmass 10 verändert werden. Das Spaltmass 10 ist als Abstand zwischen einer ebenen ersten Innenseitenwand 11a des Förderraumes 11 des Pumpengehäuses 4 und einer ersten Stirnseite 2a des verschiebbaren Zahnrades 2 definiert.

Mit dem Aussendurchmesser d des verschiebbaren Zahnrades 2 beträgt der Verstellbereich des Spaltmasses 10 zwischen 0 bis d/5, vorzugsweise zwischen 0 bis d/50, wobei dem in Fig. 2 dargestellten Ruhezustand ein minimaler, konstruktiv bedingter Wert für das Spaltmass 10 zugeordnet ist.
Die Regelung des Druckes bzw. der Fördermenge wird über das Spaltmass 10 und damit durch Veränderung der Spaltverluste bewerkstelligt. Dadurch kann auf Füllstücke, insbesondere zur Füllung der Zahnzwischenräume 14, verzichtet werden.

Bereits eine geringe Verschiebung des verschiebbaren Zahnrades 2 reicht aus, um das Spaltmass 10 im ausreichenden Masse zu verändern.
Um ein seitliches Auslenken des Zahnrades 2 zu ermöglichen, weist die der ersten Innenseitenwand 11a gegenüberliegende zweite Innenseitenwand 11b konzentrisch zur Achse 2' eine im wesentlichen zylindrische Nische 22 auf, deren Durchmesser D im Bereich der zweiten Stirnseite 2b des verschiebbaren Zahnrades 2 etwas grösser ist als der Aussendurchmesser d des Zahnrades 2.
Die in der Nische 22 angeordnete teller- oder ringförmige Abdichtscheibe 6 dient dazu, um den die Zahnräder 2, 3 aufnehmenden Förderraum 11 von einem zur Verschiebung des Zahnrades 2 notwendigen Totraum 12 innerhalb der Nische 22 abzudichten. Um einen Druckanstieg im Totraum 12 zu vermeiden, ist dieser über einen in den Fig. 2 und 3 bzw.

Fig. 4 und 5 strichliert bzw. strichpunktiert eingezeichneten Entlastungskanal 25 mit einer Drucksenke verbunden, welche der Saugraum 8 oder die Pumpenumgebung, beispielsweise der Ölraum einer Ölwanne, sein kann. Im Entlastungskanal 25 ist ein in Richtung der Drucksenke öffnendes Drucksteuerorgan 260 angeordnet. Durch die zwangsläufige Leckage der Abdichtscheibe 6 stellt sich im Totraum 12 der gleiche Druck wie am Pum penaustritt ein. Öffnet sich das Drucksteuerorgan 260, so wird der Totraum 12 entlastet, wodurch die Regelwelle 7 und das Zahnrad 2 in die geregelte Position gedrückt werden.
Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführung, bei der das Drucksteuerorgan 260 durch ein durch eine Feder 40 in Schliessrichtung belastetes Druckentlastungsventil 26 gebildet ist, welches ab einem bestimmten Druck im Totraum 12 öffnet.

Dabei sind durch strichlierte und strichpunktierte Linien zwei verschiedene Ausführungen dargestellt. Bei der strichpunktierten Ausführung wird die Drucksenke durch die Saugseite der Zahnradpumpe 1 gebildet. Die strichlierten Linien zeigen ein Ausführung, bei der der Entlastungskanal 26 in die Pumpenumgebung führt.
Fig. 2a und 3a zeigen eine weitere Ausführung, bei welcher das Drucksteuerorgan 260 durch ein Steuerventil 26a mit einem in einem Steuerzylinder 26b verschieblich angeordneten Steuerkolben 26c gebildet ist. An den Steuerkolben 26c grenzt ein Steuerraum 26d, in welchem eine interne Steuerleitung 26e und/oder eine externe Steuerleitung 26f einmündet. Die interne Steuerleitung 26e steht mit dem Totraum 12 in Verbindung. Die externe Steuerleitung 26f geht von einer externen Druckquelle aus. Die Druckquelle kann dabei die Druckseite der Zahnradpumpe 1 sein.

Der Steuerkolben 26c kann direkt vom Pumpendruck ("Rohöl") oder aber auch z.B. vom ersten Hauptlager einer Brennkraftmaschine ("Reinöl") angesteuert werden. Durch die Druckbeaufschlagung im Steuerraum 26d wird der mit einer definierten Federkraft der Feder 40a vorgespannte Steuerkolben 26c so weit in Öffnungsrichtung verschoben, bis der Steuerkolben 26c den Querschnitt des Entlastungskanals 25 freigibt. Dadurch wird der Druck im Totraum 12 abgebaut, die Regelfunktion ist somit gegeben.
Die Abdichtscheibe 6 weist zahnzwischenraumsymmetrisch angeordnete radiale Entlastungsnuten 13 auf der Seite der der ersten Stirnseite 2a abgewandten zweiten Stirnseite 2b des verschiebbaren Zahnrades 2 auf.

Jede radiale Entlastungsnut 13 ist dabei im Bereich jeweils eines Zahnzwischenraumes 14 des verschiebbaren Zahnrades 2 angeordnet und kommuniziert während einer Umdrehung des verschiebbaren Zahnrades 2 mit einer Austrittsnut 15, welche im druckseitigen Eingriffsbereich 23 der beiden Zahnräder 2, 3 in das Pumpengehäuse 4 eingeformt ist. Durch die Entlastungsnuten 13 und die Austrittsnut 15 werden Druckspitzen, insbesondere bei niedriger Drehzahl im ungeregelten Ruhezustand der Zahnradpumpe 1 vermieden.
Auf radiale Entlastungsnuten 13 kann weitgehend verzichtet werden, wenn die Abdichtscheibe 6, wie in Fig. 6 dargestellt ist, in ihrem Mantelbereich mit zumindest einer umlaufenden Dichtnut 27 versehen ist, welche als Labyrinthabdichtung wirkt und Druckspitzen kompensiert.

Mit 4a ist ein über Schrauben 16 mit dem Pumpengehäuse 4 verbundener Pumpengehäusedeckel bezeichnet.
Die durch Bezugszeichen 29 angedeutete Leckagenut hat die Aufgabe, in den Totraum 12 durch den Ringspalt zwischen Abdichtscheibe 6 und Pumpengehäuse 4 eintretende Leckagen nach aussen abzuführen. Die Leckagenut 29 ist dabei beispielsweise spiralförmig ausgeführt und verbindet den Totraum 12 mit einem Federraum 30. Um im normalen Betriebsfall Leckagen zuverlässig abführen zu können, ist die Summe der Querschnittflächen aus Lagerspiel der Regelwelle 7 und der Leckagenut 29 mindestens so gross wie der Ringspalt zwischen Abdichtscheibe 6 und Pumpengehäuse 4.
Die Regelwelle 7 weist einen Druckkolben 17 auf, welcher zum Pumpengehäusedeckel 4a hin über die Dichtung 18 abgedichtet ist.

Der Druckkolben 17 grenzt an einen Druckraum 19, welcher durch die Verschlussschraube 20 verschlossen ist. In den Druckraum 19 mündet ein Drucköleintritt 21, welcher mit der Druckseite 9 der Zahnradpumpe 1 strömungsverbunden ist (Fig. 2, 3), oder welche mit einer externen Druckquelle oder einer sogenannten Reinöl-Steuerung (Öldruck, wird nach dem Ölfilter entnommen), in Verbindung steht (Fig. 4, 5). Somit wird die Auslenkung der Regelwelle 7 in die Regelstellung durch den Förderdruck der Zahnradpumpe 1 bewirkt. Die Rückstellung in die Ruhestellung erfolgt über eine im Federraum 30 angeordnete Rückstellfeder 28, beispielsweise eine Druckfeder, oder einen elektrischen Stellmotor. Gegebenenfalls kann die Auslenkung der Regelwelle 7 in die Regelstellung anstelle durch den Pumpendruck ebenfalls durch den elektrischen Stellmotor erfolgen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Zahnradpumpe (1) mit veränderbarem Fördervolumen mit zwei miteinander im Zahneingriff (23) stehenden aussenverzahnten Zahnrädern (2, 3), welche in einem Förderraum (11) eines Pumpengehäuses (4) drehbar gelagert sind, wobei zumindest eines der beiden Zahnräder (3) über eine Antriebswelle (5) antreibbar ist und eines der beiden Zahnräder (2), vorzugsweise das abgetriebene Zahnrad (2), in Richtung der Achse (2<1>) dieses Zahnrades (2) verschiebbar ausgebildet ist, wobei ein durch den in axialer Richtung gemessenen Abstand zwischen einer im wesentlichen ebenen ersten Innenseitenwand (11a) des Förderraumes (11) des Pumpengehäuses (4) und einer ersten Stirnseite (2a) des verschiebbaren Zahnrades (2) definiertes Spaltmass (10) veränderbar ist nach Patent Nr.

413.140, dadurch gekennzeichnet, dass der Totraum (12) über zumindest einen Entlastungskanal (25) mit einer Drucksenke, vorzugsweise mit der Saugseite (8) oder der Pumpenumgebung strömungsverbindbar ist, wobei im Entlastungskanal (25) ein Drucksteuerorgan (260) angeordnet ist.

1. Zahnradpumpe (1) mit veränderbarem Fördervolumen mit zwei miteinander im Zahneingriff (23) stehenden aussenverzahnten Zahnrädern (2, 3), welche in einem Förderraum (11) eines Pumpengehäuses (4) drehbar gelagert sind, wobei zumindest eines der beiden Zahnräder (3) über eine Antriebswelle (5) antreibbar ist und eines der beiden Zahnräder (2), vorzugsweise das abgetriebene Zahnrad (2), in Richtung der Achse (2') dieses Zahnrades (2) verschiebbar ausgebildet ist, wobei ein durch den in axialer Richtung gemessenen Abstand zwischen einer im wesentlichen ebenen ersten Innenseitenwand (11a) des Förderraumes (11) des Pumpengehäuses (4) und einer ersten Stirnseite (2a) des verschiebbaren Zahnrades (2) definiertes Spaltmass (10) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Totraum (12) über zumindest einen Entlastungskanal (25) mit einer Drucksenke,

vorzugsweise mit der Saugseite (8) oder der Pumpenumgebung strömungsverbindbar ist, wobei im Entlastungskanal (25) ein Drucksteuerorgan (260) angeordnet ist.

2. Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerorgan (260) durch eine, vorzugsweise durch eine Feder (40, 40a) gebildete, definierte Schliesskraft in eine die Strömungsverbindung zur Drucksenke unterbrechende Schliessstellung belastet ist.

3. Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerorgan (260) durch ein in Richtung der Druckseite öffnendes Druckentlastungsventil (26) gebildet ist.

4. Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerorgan (260) durch ein einen Steuerkolben (26c) aufweisendes Steuerventil (26a) gebildet ist, wobei der Steuerkolben (26c) in einem Steuerzylinder (26b) verschiebbar angeordnet ist.

5. Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerraum (26d) des Steuerzylinders (26b), vorzugsweise über eine interne Steuerleitung (26e), mit dem Totraum (12) strömungsverbunden ist.

6. Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (26d) des Steuerzylinders (26b), vorzugsweise über eine externe Steuerleitung (26f) mit einem externen Steuerdruck beaufschlagbar ist.

NACHGEREICHT

7. Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Steuerdruck der Pumpendruck auf der Druckseite der Zahnradpumpe (1) ist und dass der Steuerraum (26d) mit der Druckseite der Zahnradpumpe (1) verbunden ist.

8. Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Steuerdruck der Anspeisedruck zumindest einer Ölversorgungsstelle, vorzugsweise eines Hauptlagers einer Brennkraftmaschine ist.

tei u t P A T E N T A N S P R Ü C H E

NACHGEREICHT