DE10058012A1 - Zahnradförderpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents
Zahnradförderpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff zu einer KraftstoffhochdruckpumpeInfo
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Abstract
Die Zahnradförderpumpe weist ein in einer Pumpenkammer (14) eines Gehäuses (10, 12) angeordnetes, rotierend angetriebenes Paar miteinander kämmender Zahnräder (16, 18) auf, die Kraftstoff aus einem Ansaugraum (26) entlang zwischen den Umfängen der Zahnräder (16, 18) und Umfangswänden (15) der Pumpenkammer (14) gebildeten Förderkanälen (30) in einen Druckraum (28) fördern. Eines der Zahnräder (16) weist eine Bohrung (32) auf und ist auf der Antriebswelle (22) befestigt, die im Gehäuse (10) drehbar gelagert ist. Auf der Antriebswelle (22) ist wenigstens ein radial elastisches Verbindungselement (40) angeordnet, das in die Bohrung (32) des Zahnrads (16) eingepresst ist. Das Verbindungselement (40) ermöglicht die drehschlüssige Befestigung des Zahnrads (16) auf der Antriebswelle (22) und bildet eine Überlast-Sicherungsvorrichtung. Das Verbindungselement (40) ermöglicht durch dessen radiale Elastizität einen Toleranzausgleich zwischen Antriebswelle (22) und Zahnrad (16) in radialer Richtung.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Zahnradförderpumpe,
insbesondere zum Fördern von Kraftstoff zu einer
Kraftstoffhochdruckpumpe, nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Zahnradförderpumpe ist durch die DE 196 25 488 A1
bekannt. Diese Zahnradförderpumpe weist ein in einer
Pumpenkammer eines Gehäuses angeordnetes, rotierend
angetriebenes Paar miteinander kämmender Zahnräder auf, die
Kraftstoff aus einem Ansaugraum entlang zwischen den
Umfängen der Zahnräder und diesen gegenüberliegenden
Umfangswänden der Pumpenkammer gebildeten Förderkanälen in
einen Druckraum fördern. Eines der Zahnräder ist über eine
Bohrung auf einer Antriebswelle befestigt, die im Gehäuse
drehbar gelagert ist. Das Zahnrad ist dabei fest mit der
Antriebswelle verbunden. Die Antriebswelle ragt aus dem
Gehäuse heraus und ist dort über eine Überlast-
Sicherungsvorrichtung mit einem Antriebselement verbunden.
Die Überlast-Sicherungsvorrichtung weist ein radial
elastisches Verbindungselement auf, das auf einem Endbereich
der Antriebswelle angeordnet ist und in eine Bohrung des
Antriebselements eingepresst ist. Durch das
Verbindungselement wird das vom Antriebselement auf die
Antriebswelle übertragbare Drehmoment begrenzt, indem bei
Überschreiten des übertragbaren Drehmoments das
Antriebselement bezüglich der Antriebswelle verdrehbar ist.
Durch das Verbindungselement ist außerdem ein Ausgleich von
fertigungstoleranzbedingtem Versatz und/oder Schräglage der
Drehachsen des Antriebselements und der Antriebswelle
ermöglicht. Das auf der Antriebswelle befestigte Zahnrad muß
mit möglichst geringem Spiel zur gegenüberliegenden
Umfangswand der Pumpenkammer angeordnet sein, um einen guten
Wirkungsgrad der Zahnradförderpumpe zu erreichen. Dies ist
wegen der starren Befestigung des Zahnrads auf der
Antriebswelle und deren Lagerung im Gehäuse infolge der
vorhandenen Fertigungstoleranzen schwierig und nur mit sehr
großem Aufwand zu erreichen. Darüberhinaus ist eine starre
Verbindung des Zahnrads mit der Antriebswelle,
beispielsweise bei einer Pressverbindung, bei aus
Sintermetall bestehendem Zahnrad kritisch, da es hierbei zu
einer Beschädigung des Zahnrads kommen kann.
Die erfindungsgemäße Zahnradförderpumpe mit den Merkmalen
gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das
wenigstens eine Verbindungselement ein Ausgleich von
Fertigungstoleranzen der Lagerung der Antriebswelle und der
Anordnung des mit dieser verbundenen Zahnrads in der
Pumpenkammer ermöglicht ist, so daß das Zahnrad mit dem
erforderlichen geringen Spiel in der Pumpenkammer angeordnet
werden kann. Darüberhinaus bildet das wenigstens eine
Verbindungselement eine Überlast-Sicherungsvorrichtung,
durch die das auf das Zahnrad übertragbare Drehmoment
begrenzt wird.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Zahnradförderpumpe angegeben. Durch die Ausbildung gemäß
Anspruch 4 kann das von der Antriebswelle auf das Zahnrad
übertragbare Drehmoment erhöht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Zahnradförderpumpe in
einem Längsschnitt, Fig. 2 ein Verbindungselement der
Zahnradförderpumpe gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung
in einem Querschnitt entlang Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3
die Zahnradförderpumpe in einem Querschnitt entlang Linie
III-III in Fig. 1, Fig. 4 ausschnittsweise die
Zahnradförderpumpe im Längsschnitt mit einem modifizierten
Verbindungselement und Fig. 5 ausschnittsweise die
Zahnradförderpumpe gemäß einer Ausführung mit zwei
Verbindungselementen.
Eine in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Zahnradförderpumpe
dient zum Fördern von Kraftstoff aus einem Vorratsbehälter
zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe. Durch die Hochdruckpumpe
wird Kraftstoff unter Hochdruck zu einem Hochdruckspeicher
oder direkt zu Einspritzstellen an einer Brennkraftmaschine
gefördert. Die Zahnradförderpumpe weist ein zweiteiliges
Gehäuse mit einem Gehäuseteil 10 und einem Deckelteil 12
auf. Zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem Deckelteil 12 ist
eine Pumpenkammer 14 gebildet, in der ein Paar an ihrem
Außenumfang miteinander kämmender Zahnräder 16, 18 angeordnet
ist. Das Gehäuseteil 10 weist eine Bohrung 20 auf, in der
eine Antriebswelle 22 drehbar gelagert ist, die mit ihrem
Ende aus dem Gehäuseteil 10 herausragt und an diesem Ende
beispielsweise über ein Zahnrad angetrieben wird. Der
Antrieb der Antriebswelle 22 kann beispielsweise durch die
Hochdruckpumpe oder die Brennkraftmaschine erfolgen.
Das Zahnrad 16 ist über wenigstens ein nachfolgend näher
erläutertes Verbindungselement 40 auf dem in die
Pumpenkammer 14 ragenden Endbereich der Antriebswelle 22
befestigt und wird durch die Antriebswelle 22 um eine Achse
17 rotierend angetrieben. Das Zahnrad 18 ist auf einem in
die Pumpenkammer 14 ragenden Zapfen 24 um eine Achse 19
drehbar gelagert, wobei die Rotationsbewegung des Zahnrads
16 über den Zahneingriff auf das Zahnrad 18 übertragen wird.
Die Zahnräder 16, 18 teilen durch ihren Zahneingriff die
Pumpenkammer 14 in einen Ansaugraum 26 und einen Druckraum
28. Der Druckraum 28 ist über zwischen den Zahnnuten der
Umfangsseiten der Zahnräder 16, 18 und den diesen
gegenüberliegenden Umfangswänden 15 der Pumpenkammer 14
gebildete Förderkanäle 30 mit dem Ansaugraum 26 verbunden.
Der Ansaugraum 26 ist über eine nicht dargestellte
Ansaugöffnung mit einer zum Vorratsbehälter führenden
Leitung verbunden und der Druckraum 28 ist über eine
ebenfalls nicht dargestellte Auslaßöffnung mit einer zu der
Hochdruckpumpe führenden Leitung verbunden. Beim Betrieb der
Zahnradförderpumpe wird durch die rotierenden Zahnräder
16, 18 Kraftstoff unter Druckerhöhung aus dem Ansaugraum 26
in den Druckraum 28 gefördert.
Das Zahnrad 16 weist eine Bohrung 32 auf, über die es auf
der Antriebswelle 22 angeordnet ist. Die Antriebswelle 22
weist in ihrem Endbereich eine Ringnut 42 auf, in der das
Verbindungselement 40 angeordnet ist. Zum freien Ende hin
schließt sich an die Ringnut 42 ein Endabschnitt 44 der
Antriebswelle 22 mit einem etwas größeren Durchmesser als
dem in der Ringnut 42 an. Auf der dem Endabschnitt 44
gegenüberliegenden Seite schließt sich an die Ringnut 42 ein
im Durchmesser gegenüber der Ringnut 42 und dem Endabschnitt
44 größerer Bund 46 an. Der Durchmesser des Endabschnitts 44
der Antriebswelle 22 ist etwas kleiner als der Durchmesser
der Bohrung 32 des Zahnrads 16. Das Verbindungselement 40
ist radial elastisch ausgebildet und wird unter elastischer
Aufweitung über den Endabschnitt 44 der Antriebswelle 22
aufgeschoben bis es in die Ringnut 42 eintritt. Der
Außendurchmesser des Verbindungselements 40 ist etwas größer
als der Durchmesser der Bohrung 32 des Zahnrads 16. Wenn das
Zahnrad 16 auf den Endabschnitt 44 und das
Verbindungselement 40 aufgeschoben wird, so wird hierbei das
Verbindungselement 40 elastisch zusammengedrückt, so daß
sich zwischen dem Verbindungselement 40 und der
Antriebswelle 22 sowie dem Verbindungselement 40 und dem
Zahnrad 16 eine Presspassung ergibt. Durch diese
Presspassung kann das erforderliche Drehmoment von der
Antriebswelle 22 auf das Zahnrad 16 übertragen werden. Wenn
das Zahnrad 16 oder das Zahnrad 18 in der Pumpenkammer 14
klemmt, so rutscht die Antriebswelle 22 bezüglich dem
Zahnrad 16 durch, so daß eine Beschädigung von Teilen der
Zahnradförderpumpe vermieden wird. Das Verbindungselement 40
bildet somit eine Überlast-Sicherungsvorrichtung.
Das Verbindungselement 40 ist vorzugsweise wie in Fig. 2
dargestellt als gewellte Metallhülse ausgebildet, die ein
über ihren Umfang verlaufendes Wellenprofil aufweist. In
Fig. 2 ist das Wellenprofil des Verbindungselements 40 zur
Verdeutlichung sehr stark überhöht dargestellt. Die
Wellentäler der Metallhülse 40 liegen jeweils an der
Antriebswelle 22 an und die Wellenberge liegen an der
Bohrung 32 im Zahnrad 16 an. Wenn das Zahnrad 16 auf die
Metallhülse 40 aufgeschoben wird, so wird dessen
Wellenprofil radial zusammengedrückt, wodurch sich die
erforderliche Presspassung ergibt. Alternativ kann kann das
Verbindungselement 40 im Längsschnitt wie in Fig. 4
dargestellt beispielsweise etwa U-förmig gewölbt ausgebildet
sein, wobei die Schenkel der U-Form an der Antriebswelle 22
oder in der Bohrung 32 am Zahnrad 16 anliegen und der
zwischen den Schenkeln liegende Bereich am jeweils anderen
Teil, also in der Bohrung 32 am Zahnrad 16 oder an der
Antriebswelle 22. Auch bei dieser Ausführung des
Verbindungselements 40 ist dieses radial elastisch
verformbar und wird beim Aufschieben des Zahnrads 16
elastisch zusammengedrückt, wodurch die erforderliche
Presspassung entsteht. Es kann auch vorgesehen sein, daß das
Verbindungselement 40 im Längsschnitt mehrere aufeinander
folgende Wölbungen aufweist, so daß dieses gewellt
ausgebildet ist.
Zwischen dem Endabschnitt 44 der Antriebswelle 22 und der
Bohrung 32 des Zahnrads 16 ist radiales Spiel vorhanden und
die Drehmomentübertragung erfolgt nur über das
Verbindungselement 40. Das Zahnrad 16 ist durch elastische
Verformung des Verbindungselements 40 in radialer Richtung
zu seiner Drehachse 17 relativ zur Antriebswelle 22
bewegbar, wodurch ein Ausgleich von Form- und
Lageabweichungen zwischen Antriebswelle 22, Zahnrad 16 und
Pumpenkammer 14 ermöglicht ist. Das Zahnrad 16 kann sich
hierdurch in der Pumpenkammer 14 mit dem erforderlichen
geringen Spiel zu der angrenzenden Umfangswand 15 der
Pumpenkammer 14 einstellen.
Die Höhe der Pressung zwischen dem Verbindungselement 40 und
der Antriebswelle 22 sowie zwischen dem Verbindungselement
40 und dem Zahnrad 16 bestimmt zusammen mit dem
Reibungskoeffizienten zwischen diesen Teilen die Höhe des
übertragbaren Drehmoments. Die Höhe der Pressung ist
wiederum abhängig von der Differenz zwischen dem
Außendurchmesser des Verbindungselements 40 und dem
Durchmesser der Bohrung 32 des Zahnrads 16. Um das
übertragbare Drehmoment zu erhöhen kann vorgesehen sein,
daß, wie in Fig. 5 dargestellt, zwei oder mehr
Verbindungselemente 40 verwendet werden, die in Richtung der
Drehachse 17 des Zahnrads 16, die auch die Längsachse der
Antriebswelle 22 ist, zueinander versetzt angeordnet sind.
Die Antriebswelle 22 weist dabei entsprechend zwei oder mehr
Ringnuten 42 auf, in denen jeweils ein Verbindungselement 40
angeordnet ist.
Das Zahnrad 16 kann aus Stahl oder Sintermetall,
beispielsweise Sinterstahl, bestehen. Das Zahnrad 16 ist
nicht direkt mittels einer Presspassung auf der
Antriebswelle 22 befestigt sondern über das wenigstens eine
Verbindungselement 40, durch dessen radial elastische
Verformbarkeit ein Ausgleich von Toleranzen zwischen dem
Zahnrad 16 und der Antriebswelle 22 und auch ein Ausleich
unterschiedlicher Wärmeausdehnungen des Zahnrads 16 und der
Antriebswelle 22 ermöglicht ist. Hierdurch werden zu hohe
Spannungen des Zahnrads 16 vermieden, die zu dessen
Beschädigung führen könnten.
Claims (6)
1. Zahnradförderpumpe, insbesondere zum Fördern von
Kraftstoff zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe, mit einem in
einer Pumpenkammer (14) eines Gehäuses (10, 12) angeordneten,
rotierend angetriebenen Paar miteinander kämmender Zahnräder
(16, 18), die Kraftstoff aus einem Ansaugraum (26) entlang
zwischen den Umfängen der Zahnräder (16, 18) und
Umfangswänden (15) der Pumpenkammer (14) gebildeten
Förderkanälen (30) in einen Druckraum (28) fördern, wobei
eines der Zahnräder (16) eine Bohrung (32) aufweist und auf
der Antriebswelle (22) befestigt ist, die im Gehäuse (10)
drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der
Antriebswelle (22) wenigstens ein radial elastisches
Verbindungselement (40) angeordnet ist, das in die Bohrung
(32) des Zahnrads (16) eingepresst ist.
2. Zahnradförderpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Verbindungselement
(40) als eine über ihren Umfang gewellte Hülse ausgebildet
ist, die vorzugsweise aus Metall besteht.
3. Zahnradförderpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Verbindungselement
(40) als eine Hülse ausgebildet ist, die im Längsschnitt
gewölbt ausgebildet ist und vorzugsweise aus Metall besteht.
4. Zahnradförderpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbindungselemente (40)
vorgesehen sind, die in Richtung der Längsachse (17) der
Antriebswelle (22) zueinander versetzt angeordnet sind.
5. Zahnradförderpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (22)
wenigstens eine Ringnut (42) aufweist, in der das wenigstens
eine Verbindungselement (40) angeordnet ist.
6. Zahnradförderpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (16) aus einem
Sintermetall, insbesondere Sinterstahl besteht.
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