DE10040965A1

DE10040965A1 - Tooth pump with helical teeth

Info

Publication number: DE10040965A1
Application number: DE2000140965
Authority: DE
Inventors: Lothar Hauck; Christof Lamparski; Anton Eiberger
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2002-03-28
Also published as: NO20014066D0; JP2002138968A; EP1182349A3; EP1182349A2; NO20014066L

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnpumpe, speziell eine Innenzahnringpumpe, zur Förderung von Fluiden mit einem Gehäuse mit Fluidein- und Fluidauslassöffnungen, und mit einem ersten gezahnten Rotor, der mit einem zweiten gezahnten Rotor drehend eingreift, wobei die Verzahnung im Eingriff zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor eine Schrägverzahnung ist. Ferner betrifft sie einen entsprechenden Radsatz und geeignete Verwendungen hierfür.The invention relates to a toothed pump, in particular an internal ring gear pump, for conveying fluids with a housing with fluid inlet and fluid outlet openings, and with a first toothed rotor, which rotatably engages with a second toothed rotor, the toothing being in engagement between the first and the second Rotor is a helical gear. It also relates to a corresponding wheel set and suitable uses for this.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnpumpe, speziell eine Innenzahnringpumpe, zur Förderung von Fluiden mit einem Gehäuse mit Fluidein- und Fluidauslassöffnungen, und mit einem ersten gezahnten Rotor, der mit einem zweiten gezahnten Rotor drehend ein greift. Die Erfindung betrifft ferner einen Radsatz für eine solche Zahnpumpe und verschie dene Verwendungen des Radsatzes.The present invention relates to a toothed pump, especially an internal ring gear pump for Pumping fluids with a housing with fluid inlet and fluid outlet openings, and with a first toothed rotor that rotates with a second toothed rotor attacks. The invention further relates to a wheel set for such a tooth pump and various uses of the wheelset.

Zahnpumpen der vorgenannten Gattung werden meist als Zahnring-Ölpumpen für Verbren nungsmotoren und als Ölversorgungspumpen für Getriebe verwendet, und sie dienen der Versorgung des Motors mit Schmieröl, der Kühlung von Zylindern und der Steuerung di verser Verstellmechanismen, wobei in Getrieben eine Ölpumpe diverse Schaltelemente mit Drucköl beaufschlagt, Öl zur Kühlung des Drehmomentenwandlers liefert und für die Druckumlaufschmierung der Zahnräder sorgt.Tooth pumps of the aforementioned type are mostly used as toothed ring oil pumps for combustion tion motors and used as oil supply pumps for gearboxes, and they serve the Supply of the engine with lubricating oil, the cooling of cylinders and the control di Verse adjustment mechanisms, with an oil pump in gearboxes with various switching elements Pressurized oil is supplied, oil for cooling the torque converter and for the Circulating pressure lubrication of the gears ensures.

Dabei gewinnt die Geräuscharmut der Pumpe zunehmend an Bedeutung. Maßgeblich hierfür ist eine möglichst geringe Druckpulsation des Ölvolumenstromes, die Eingriffsverhältnisse der Verzahnung und die Gestaltung des Flankenspiel zwischen den Rädern. Auch der volu metrische Wirkungsgrad spielt eine große Rolle, und er hängt insbesondere bei Zahnring pumpen vom Zahnflankenspiel ab. Die Eingriffsverhältnisse und der Abwälzvorgang beein flussen ebenfalls maßgeblich die Geräuschbildung der Pumpe.The low noise level of the pump is becoming increasingly important. Decisive for this is the lowest possible pressure pulsation of the oil volume flow, the engagement conditions the teeth and the design of the backlash between the wheels. Even the volu Metric efficiency plays a major role, and it depends particularly on the gear ring pump from the backlash. The engagement conditions and the rolling process affect also significantly influence the noise generated by the pump.

Bekannte Zahnringpumpen werden geradverzahnt ausgeführt, d. h. die Zahnflanken der Räder erstrecken zur Gänze im rechten Winkel zur Stirnfläche. Diese Zahnflankenausrich tung trägt nicht gerade zur Laufruhe der Stirnradpaarung bei und außerdem entstehen Druckspitzen in der Fluidströmung, da die Förderzellen beim Überlauf über die Fluidein- bzw. Fluidauslassöffnungen sehr plötzlich mit dem geförderten Medium in Verbindung gebracht werden. Insgesamt erzeugen solche Zahnringpumpen nach dem Stand der Technik noch eine zu starke Geräuschentwicklung.Known gerotor pumps are designed with straight teeth, i. H. the tooth flanks of the Wheels extend entirely at right angles to the end face. This tooth flank alignment Tung does not exactly contribute to the smooth running of the spur gear pair and also arise Pressure peaks in the fluid flow, since the delivery cells overflow via the fluid inlet or fluid outlet openings very suddenly brought into connection with the conveyed medium become. Overall, such gerotor pumps produce according to the prior art still too much noise.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnpumpe bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und insbesondere möglichst geräuscharm arbeitet. Außerdem soll ein entsprechender Radsatz bereitgestellt werden.It is the object of the present invention to provide a toothed pump which Disadvantages of the prior art are overcome and in particular as quiet as possible is working. A corresponding wheel set is also to be provided.

Die oben genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer erfindungsgemäßen Zahn pumpe bzw. bei einem erfindungsgemäßen Radsatz für eine solche Zahnpumpe die Verzah nung im Eingriff zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor als Schrägverzahnung ausge bildet wird.The above object is achieved in that with a tooth according to the invention pump or the gear in a gear set according to the invention for such a tooth pump voltage in the engagement between the first and the second rotor as helical teeth is forming.

Eine solche Schrägverzahnung hat den Vorteil der besseren Laufruhe durch den allmähli chen Eingriff an den Zahnflanken, und außerdem erfolgt der Füll- und Entleerungsvorgang der Förderzellen in sanfterer Weise, was zur Senkung der Druckpulsation beiträgt. Die Schrägstellung der Zähne ermöglicht ferner die Senkung der Quetschölverluste, was sich positiv im hydraulisch-mechanischen Wirkungsgrad niederschlägt.Such helical gearing has the advantage of smooth running due to the gradual Chen intervention on the tooth flanks, and also the filling and emptying process takes place the delivery cells in a gentler manner, which helps to reduce the pressure pulsation. The Tilting the teeth also allows the reduction in squeeze oil losses, which can has a positive impact on the hydraulic-mechanical efficiency.

In bevorzugter Ausführung ist die erfindungsgemäße Zahnpumpe eine innenverzahnte Zahn ringpumpe, wobei der erste Rotor ein Innenrotor bzw. ein Ritzel und der zweite Rotor ein Außenrotor bzw. ein Hohlrad ist.In a preferred embodiment, the toothed pump according to the invention is an internally toothed tooth ring pump, wherein the first rotor is an inner rotor or a pinion and the second rotor External rotor or a ring gear is.

Bei erfindungsgemäßen Innenzahnringpumpen ist das Hohlrad in einem Gehäuse mit einem radialen Spiel untergebracht, das groß genug ist, um die von der Welle z. B. eines Kurbel triebs aufgezwungenen radialen Bewegungen des Ritzels aufzunehmen. Die eigentliche La gerung des Hohlrades erfolgt auf der Ritzelverzahnung, die gegenüber den Hohlzahnrädern ein minimales erforderliches Spiel aufweist.In internal gear ring pumps according to the invention, the ring gear is in a housing with a radial play housed that is large enough to the z. B. a crank drive forced radial movements of the pinion. The actual La The ring gear is cut on the pinion toothing, which is opposite the ring gears has a minimal required game.

Die Gestalt der Schrägverzahnung und insbesondere der Schrägungswinkel, mit dem im Rahmen dieser Beschreibung der Winkel zwischen der jeweiligen Radstirnseite und den Zahnflanken gemeint ist, hängt stark von der Gesamtkonstruktion ab. Insgesamt lässt sich sagen, dass die Schrägverzahnung einen Schrägungswinkel von etwa 1° bis 80°, insbeson dere 1 bis 45° und bevorzugt 1° bis 15° aufweist.The shape of the helical gearing and in particular the helix angle with which Within this description, the angle between the respective wheel end face and the Tooth flanks is very much dependent on the overall construction. Overall, say that the helical teeth have a helix angle of about 1 ° to 80 °, in particular whose 1 to 45 ° and preferably 1 ° to 15 °.

Insbesondere wird der Schrägungswinkel in Abhängigkeit von der Rotorbreite nur so groß gewählt, dass Kurzschlüsse der Fluidströmung zwischen Fluidein- und Fluidauslassöffnun gen des Gehäuses vermieden werden, wobei dünnere Radsätze einen höheren Schrägungs winkel aufweisen können als dickere Radsätze.In particular, the helix angle only becomes as large as a function of the rotor width chosen to short circuit the fluid flow between the fluid inlet and fluid outlet openings conditions of the housing can be avoided, with thinner wheelsets having a higher skew can have angles than thicker wheelsets.

Der Schrägungswinkel wird bevorzugt so gewählt, dass die Füllungs- und Entleerungsvor gänge der Förderzellen optimiert werden, um Druckpulsationen und Quetschfluidverluste zu vermeiden.The helix angle is preferably chosen so that the filling and emptying Aisles of the delivery cells are optimized to avoid pressure pulsations and squeezing fluid losses avoid.

Die Verzahnung ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine zum Pumpen von Öl geeignete, links oder rechts geschrägte Verzahnung, insbesondere eine Zykloidenverzahnung. Ganz allgemein ist festzuhalten, dass die Verzahnung, solange sie zum Pumpen eines gewählten Fluides geeignet ist, jedwede Zahnform aufweisen kann; grundsätzlich ist z. B. auch die Verwendung einer Evolventenverzahnung oder Kreisbogen verzahnung denkbar. Wobei das Profil aus geschlossenen Kurven oder bereichsweise ge schlossenen Kurven bestehen kann.According to one embodiment of the present invention, the toothing is one for Pumping of oil suitable, left or right beveled toothing, especially one Cycloid. In general it should be noted that the gearing as long as it is suitable for pumping a selected fluid, can have any tooth shape; basically z. B. also the use of involute teeth or circular arcs teeth possible. Where the profile from closed curves or ge areas closed curves can exist.

Hergestellt werden die Rotoren im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus einem oder mehreren der folgenden Materialien:
Within the scope of the present invention, the rotors are manufactured from one or more of the following materials:

- Steel,
- sintered or powder metallurgy materials,
- non-ferrous materials,
- Duro- or thermoplastic plastics.

Eine Möglichkeit, solche schrägverzahnten Rotoren herzustellen besteht darin, die Stirnflä che bei gleichzeitiger Drehung zu extrudieren. Eine Andere das Normalschnittprofil einer geradverzahnten Pumpe zu verwenden, und das Stirnschnittprofil als um den Cosinus des Schrägungswinkels gestrecktes Profil zu erzeugen.One way to manufacture such helical toothed rotors is to use the end face extrude while rotating. Another the normal section profile of one straight-toothed pump to use, and the face cut profile than around the cosine of the To generate the helix angle of the elongated profile.

Beim erfindungsgemäßen Radsatz ist die Verzahnung im Eingriff zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor eine Schrägverzahnung und die Rotoren können alle oben schon ange sprochenen Merkmale aufweisen. Die vorliegende Erfindung zieht ferner verschiedene Verwendungen eines solchen Radsatzes bzw. einer damit ausgestatteten Zahnringpumpe in Betracht, nämlich einerseits die Verwendung für eine Öl-Zahnpumpe für Verbrennungsmo toren, zweitens die Verwendung für eine Zahnpumpe zur Ölversorgung von Getrieben und drittens die Verwendung als Zahnpumpe zur hydraulischen Steuerung von Verstellmecha nismen bzw. Schaltelementen. Natürlich ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Zahnpumpe bzw. des erfindungsgemäßen Radsatzes bei allen Anwendungsfällen denkbar, bei denen Fluide gepumpt werden sollen, insbesondere dort, wo eine Geräuschentwicklung minimiert und möglichst gleichmäßiger Volumenstrom erzeugt werden soll.In the wheelset according to the invention, the toothing is in engagement between the first and the second rotor has a helical toothing and the rotors can all be on the top have spoken characteristics. The present invention also draws various Uses of such a wheel set or a gerotor pump equipped therewith in Consider, namely on the one hand the use for an oil tooth pump for combustion engine gates, secondly the use for a toothed pump for the oil supply of gearboxes and thirdly, the use as a toothed pump for the hydraulic control of adjustment mechanisms nisms or switching elements. The use of the toothed pump according to the invention is natural or the wheelset according to the invention in all applications conceivable in which Fluids are to be pumped, especially where noise is minimized and the most uniform volume flow possible.

Die Aufnahme der Axialkräfte, die durch die Schrägstellung der Zähne entstehen, erfolgt durch entsprechend geformte Anlaufflächen.The axial forces caused by the inclined teeth are absorbed through appropriately shaped contact surfaces.

Die Erfindung wird im Weiteren anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is further illustrated by an embodiment with reference to the accompanying drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 und 2 ein Ritzel eines erfindungsgemäßen Radsatzes für eine Zahnpumpe in der Stirnansicht sowie in einer perspektivischen Darstellung; und Fig. 1 and 2, a pinion of a gear set according to the invention for a rack pump in end view and in a perspective view; and

Fig. 3 und 4 ein Hohlrad des erfindungsgemäßen Radsatzes in der Stirnansicht und in perspektivischer Darstellung. FIGS. 3 and 4, a ring gear of the gear set according to the invention in end view and in a perspective view.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Stirnansicht und eine perspektivische Darstellung eines Ritzels 10 für eine erfindungsgemäße Zahnpumpe. Dieses Ritzel 10 rollt in dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Hohlrad 20 im Zahneingriff ab und pumpt dabei Fluid durch beim Abrollen entstehende Förderzellen zwischen den jeweiligen Zahnflanken von einer Einlassseite eines nicht dargestellten Gehäuses zu einer Auslassseite. Das Ritzel 10 hat einen Zahn weniger als das Hohlrad 20, so dass beim Abrollen des Ritzels 10 im Hohlrad 20 die Förderzellen entstehen und geschlossen werden. An seinem inneren Wellensitz 12 ist das Ritzel mit einer nicht dargestellten Antriebswelle im Eingriff, und das Hohlrad 20 ist im nicht dargestellten Gehäuse mit einem radialen Spiel untergebracht, das groß genug ist, um die von der Welle aufgezeigten radialen Bewegungen des Ritzels 10 aufzunehmen. Figs. 1 and 2 show a front view and a perspective view of a pinion 10 of an inventive gear pump. This pinion 10 rolls in the ring gear 20 shown in FIGS . 3 and 4 in the tooth engagement and pumps fluid through conveyor cells formed during the rolling between the respective tooth flanks from an inlet side of a housing, not shown, to an outlet side. The pinion 10 has one tooth less than the ring gear 20 , so that when the pinion 10 rolls in the ring gear 20, the feed cells are formed and closed. At its inner shaft seat 12 , the pinion engages with a drive shaft, not shown, and the ring gear 20 is accommodated in the housing, not shown, with a radial clearance that is large enough to accommodate the radial movements of the pinion 10 shown by the shaft.

In den Fig. 1 und 3 werden in der Stirnansicht aufgrund der gewählten Schrägverzah nung die Zahnflanken 11 sichtbar, und es ist in beiden Fällen ein Schrägungswinkel von 6° angezeigt. Die Verzahnungsform ist im vorliegenden Fall, der eine bevorzugte Ausfüh rungsform darstellt, eine Zykloidenverzahnung, bei der die Zahnköpfe und die Zahnflanken mathematisch exakt definierte Zykloiden darstellen, welche durch vollständiges Abrollen von Rollkreisen an konzentrisch zu den jeweiligen Rotorenachsen verlaufenden Festkreisen gebildet sind. Dabei kann der Durchmesser der Rollkreise der Zahnkopfgeometrie und der Zahnflanke 11 bzw. 21 unterschiedlich sein. Die Summe der beiden unterschiedlichen Roll kreisradien ist allerdings gleich dem Achsabstand (Exzentrizität) zwischen Ritzel 10 und Hohlrad 20. Zur Erzeugung der Zahngeometrie muss der Rollpunkt nicht zwingenderweise auf dem Radius des Rollkreises liegen; je nach Bedarf kann eine verkürzte bzw. verlängerte Form der Zykloide von Vorteil sein.In Figs. 1 and 3 are in end view due to the selected voltage Schrägverzah 11, the tooth flanks visible, and it is displayed a helix angle of 6 ° in both cases. The toothing form in the present case, which represents a preferred embodiment, is a cycloid toothing in which the tooth heads and the tooth flanks represent mathematically precisely defined cycloids, which are formed by complete rolling of roller circles on fixed circles concentric to the respective rotor axes. The diameter of the rolling circles of the tooth tip geometry and the tooth flank 11 or 21 can be different. However, the sum of the two different rolling radii is equal to the center distance (eccentricity) between pinion 10 and ring gear 20 . To generate the tooth geometry, the roll point does not necessarily have to lie on the radius of the roll circle; Depending on your needs, a shortened or extended form of the cycloid can be advantageous.

Die Festkreise, auf denen die Rollkreise ablaufen, entsprechen dem Teil-, gegebenenfalls dem Wälzkreis der Verzahnung. Durch die Minimierung der Zahnkopfspiele auf wenige Hundertstel Millimeter wird ein hoher volumetrischer Wirkungsgrad gewährleistet. Das Ritzel 10 (Fig. 1 und 2) läuft in dem Hohlrad 20 (Fig. 3 und 4), welches mit einem radialen Spiel an der Umfangsfläche 23 im nicht dargestellten Gehäuse untergebracht ist. Dabei wird in bekannter Weise durch die Entstehung von Förderzellen ein Fluid, vorzugs weise Öl, von Öleinlassöffnungen zu Ölauslassöffnungen gepumpt, und zwar wegen der erfindungsgemäßen Schrägverzahnung mit großer Laufruhe und optimierter Druckpulsation sowie geringen Quetschölverlusten.The fixed circles, on which the rolling circles run, correspond to the partial, possibly the pitch circle of the toothing. By minimizing the tooth head play to a few hundredths of a millimeter, a high volumetric efficiency is guaranteed. The pinion 10 ( FIGS. 1 and 2) runs in the ring gear 20 ( FIGS. 3 and 4), which is accommodated with a radial play on the peripheral surface 23 in the housing (not shown). In a known manner, a fluid, preferably oil, is pumped from oil inlet openings to oil outlet openings in a known manner, specifically because of the helical toothing according to the invention with great smoothness and optimized pressure pulsation as well as low squeeze oil losses.

Claims

1. Internal gear pump for conveying fluids with a housing with fluid inlet and fluid outlet openings, and with a first toothed rotor ( 10 ) which rotatably engages with a second toothed rotor ( 20 ), characterized in that the toothing in engagement between the first and the second rotor ( 10 , 20 ) has helical teeth.

2. Pump according to claim 1, characterized in that it is an internally toothed toothed ring pump, wherein the first rotor is an inner rotor or a pinion ( 10 ) and the second rotor is an outer rotor or a ring gear ( 20 ).

3. Pump according to one of claims 1 or 2, characterized in that the inclined toothing a helix angle of 1 to 80 degrees, in particular 1 to 45 degrees and preferably has 1 to 15 degrees.

4. Pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bevel depending on the rotor thickness is chosen only so large that Short circuits in the fluid flow between the fluid inlet and fluid outlet openings of the Housing are avoided, in particular thinner wheel sets a higher Can have helix angles than thicker wheelsets.

5. Pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bevel angle is selected so that the filling and emptying processes of the För der cells are optimized to avoid pressure pulsations and squeezing fluid losses avoid.

6. Pump according to one of claims 1 to 5, characterized in that the toothing left or right-angled toothing suitable for pumping oil, is in particular a cycloid gear.

7. Pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotors ( 10 , 20 ) are made of one or more of the following materials:

8. Wheel set for an internal gear ring pump with a first toothed rotor ( 10 ) which rotates with a second toothed rotor ( 20 ), characterized in that the toothing in the engagement between the first and the second rotor ( 10 , 20 ) is a helical toothing.

9. Wheel set according to claim 9, characterized in that it has one or more of the features relating to the rotors ( 10 , 20 ) from claims 2 to 8.

10. Use of a wheel set according to one of claims 9 or 10 for an oil pump for internal combustion engines.

11. Use of a wheel set according to one of claims 9 or 10 for a pump Transmission oil supply.

12. Use of a wheel set according to one of claims 9 or 10 for a pump hydraulic control of adjustment mechanisms or switching elements.