DE10134622A1

DE10134622A1 - Zahnradpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE10134622A1
Application number: DE2001134622
Authority: DE
Inventors: Cetin Irmak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: DE10134622B4

Abstract

Die Zahnradpumpe weist ein Gehäuse (10) auf, in dem eine Pumpenkammer (12) gebildet ist, in der ein Paar an ihrem Außenumfang miteinander kämmender Zahnräder (14, 16) angeordnet ist, die das zu fördernde Medium entlang zwischen deren Außenumfängen und an diese angrenzenden Umfangswänden (20, 22) der Pumpenkammer (12) gebildeten Förderkanälen (28, 30) aus einem Saugraum (24) in einen Druckraum (26) fördern. Die Umfangswände (20, 22) der Pumpenkammer (12) weisen in ihren zum Druckraum (26) hin verlaufenden Umfangsbereichen jeweils eine mit dem Druckraum (26) verbundene Nut (32, 34) auf, durch die der radiale Abstand zwischen dem Außenumfang der Zahnräder (14, 16) und den Umfangswänden (20, 22) vergrößert ist. Die Nuten (32, 34) erstrecken sich ausgehend vom Druckraum (26) über unterschiedliche Winkelbereiche (alpha, beta) bezogen auf die Drehachse (15, 17) des jeweiligen Zahnrads (14, 16).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zahnradpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe, nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Zahnradpumpe ist durch die DE 196 38 332 A1 bekannt. Diese Zahnradpumpe weist ein Gehäuse auf, in dem eine Pumpenkammer gebildet ist, in der ein Paar an ihrem Außenumfang miteinander kämmender Zahnräder angeordnet ist. Die Zahnräder fördern das zu fördernde Medium entlang zwischen deren Außenumfang und angrenzenden Umfangswänden der Pumpenkammer gebildeter Förderkanäle von einem Saugraum in einen Druckraum. Beim Betrieb der Zahnradpumpe gelangt jeweils zeitlich nacheinander beim einen Zahnrad eine Zahnlücke in den Druckraum und anschließend beim anderen Zahnrad eine Zahnlücke in den Druckraum. Der Drehwinkel der Zahnräder entsprechend diesem Abstand beträgt hierbei jeweils 360°/2z wobei z die Zähnezahl der Zahnräder ist. Beim Eintreten einer Zahnlücke in den Druckraum wird dessen Volumen vergrößert, wodurch der Druck im Druckraum abfällt. Beim Betrieb der Zahnradpumpe ergeben sich somit Druckpulsationen im Druckraum, die eine Periode entsprechend dem halben Zahnteilungswinkel der Zahnräder aufweisen. Bei einer Zähnezahl z = 10 beträgt die Periode somit 18° bezogen auf die jeweiligen Drehachsen der Zahnräder. Das heißt, daß nach jeweils 18° Drehwinkel der Zahnräder eine Zahnlücke in den Druckraum eintritt und dessen Volumen vergrößert wird. Die Druckpulsationen führen zu einer hohen mechanischen Belastung der Zahnradpumpe, der durch eine die erforderliche Festigkeit aufweisende, teure Konstruktion der Zahnradpumpe Rechnung getragen werden muß. Die Druckpulsationen führen außerdem zu einer Verringerung des Liefergrads der Zahnradpumpe.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die sich über unterschiedliche Winkelbereiche erstreckenden Nuten in den Umfangswänden der Pumpenkammer die Druckpulastionen im Druckraum verringert werden, wodurch die mechanische Belastung der Zahnradpumpe verringert wird, so daß diese kostengünstiger gefertigt werden kann. Außerdem wird der Liefergrad der Zahnradpumpe hierdurch verbessert.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Zahnradpumpe in einem Querschnitt, Fig. 2 den Verlauf des Volumens eines Druckraums der Zahnradpumpe über dem Drehwinkel der Zahnräder, Fig. 3 den Verlauf von Druckpulsationen im Druckraum der Zahnradpumpe über der Drehzahl und Fig. 4 den Verlauf des Liefergrads der Zahnradpumpe über der Drehzahl.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Zahnradpumpe dargestellt, die insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter zu einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dient. Die Brennkraftmaschine ist dabei vorzugsweise eine selbstzündende Brennkraftmaschine und das Kraftstoffeinspritzsystem ist als Speichereinspritzsystem, das auch als Common-Rail-Einspritzsystem bezeichnet wird, ausgebildet. Die Zahnradpumpe weist ein mehrteiliges Gehäuse mit einem Gehäuseteil 10 auf, in dem eine Pumpenkammer 12 gebildet ist. In der Pumpenkammer 12 ist ein Paar an ihrem Außenumfang miteinander kämmender Zahnräder 14, 16 angeordnet, die jeweils eine Stirnverzahnung aufweisen. Das Zahnrad 14 ist um eine Achse 15 drehbar und das Zahnrad 16 ist um eine Achse 17 drehbar gelagert. Eines der Zahnräder 14, 16, beispielsweise das Zahnrad 14 wird in nicht näher dargestellter Weise um seine Drehachse 15 umlaufend in einer Drehrichtung 18 angetrieben und treibt über seinen Zahneingriff das andere Zahnrad 16 um dessen Drehachse 17 in einer Drehrichtung 19 rotierend an.
Die Pumpenkammer 12 weist den Außenumfängen der Zahnräder 14, 16 zugewandte Umfangswände 20, 22 auf, die entsprechend konkav gekrümmt sind. Die Zahnräder 14, 16 befinden sich etwa in der Mitte der Pumpenkammer 12 in Eingriff, wobei ausgehend vom Zahneingriff der Zahnräder 14, 16 auf der in die Drehrichtungen 18, 19 weisenden Seite ein Saugraum 24 in der Pumpenkammer 12 gebildet ist und auf der entgegen der Drehrichtungen 18, 19 weisenden Seite ein Druckraum 26 in der Pumpenkammer 12 gebildet ist. Ausgehend vom Saugraum 24 ist zwischen dem Außenumfang des jeweiligen Zahnrads 14, 16 und der angrenzenden Umfangswand 20, 22 der Pumpenkammer 12 jeweils ein Förderkanal 28, 30 gebildet. Beim Betrieb der Zahnradpumpe wird durch die Zahnräder 14, 16 Kraftstoff aus dem Saugraum 24 entlang der Förderkanäle 28, 30 in ihren Zahnlücken in den Druckraum 26. In den Saugraum 24 mündet ein Zulauf vom Kraftstoffvorratsbehälter her und vom Druckraum 26 führt eine Verbindung zur Kraftstoffhochdruckpumpe ab.
In der dem Zahnrad 14 zugewandten Umfangswand 20 der Pumpenkammer 12 ist eine Nut 32 ausgebildet, durch die der radiale Abstand zwischen dem Außenumfang des Zahnrads 14 und der Umfangswand 20 vergrößert ist. Die Nut 32 erstreckt sich in Drehrichtung 18 des Zahnrads 14 bis zum Beginn des Druckraums 26. Die Nut 32 erstreckt sich beispielsweise ausgehend vom Druckraum 26 über einen Winkelbereich α von etwa 90° bezogen auf die Drehachse 15 des Zahnrads 14. In der dem Zahnrad 16 zugewandten Umfangswand 22 der Pumpenkammer 12 ist ebenfalls eine Nut 34 ausgebildet, durch die der radiale Abstand zwischen dem Außenumfang des Zahnrads 16 und der Umfangswand 22 vergrößert ist. Die Nut 34 erstreckt sich in Drehrichtung 19 des Zahnrads 16 bis zum Beginn des Druckraums 26. Die Nut 34 erstreckt sich ausgehend vom Druckraum 26 über einen Winkelbereich β bezogen auf die Drehachse 17 des Zahnrads 16, der vom Winkelbereich α der Nut 32 abweicht. Der Winkelbereich β ist vorzugsweise größer als der Winkelbereich α.
Es kann vorgesehen sein, daß der Winkelbereich β abhängig vom Winkelbereich α nach der Gleichung β = α + 360°/2z bestimmt ist, wobei z die Anzahl der Zähne der Zahnräder 14, 16 ist. Bei einer Zähnezahl z = 10 ergibt sich bei einem Winkelbereich α von etwa 90° ein Winkelbereich β von etwa 108°. Durch diese Ausbildung der Nuten 32, 34 ist erreicht, daß bei beiden Zahnrädern 14, 16 gleichzeitig ein Zahn oder eine Zahnlücke in Überdeckung mit den entgegen den Drehrichtungen 18, 19 der Zahnräder 14, 16 weisenden Anfängen der jeweiligen Nuten 32, 34 gelangen. Hierdurch ergibt sich eine starke Änderung des Volumens des Druckraums 26, der mit den Nuten 32, 34 in Verbindung steht.
In Fig. 2 ist der Verlauf des Volumens V des Druckraums 26 über dem Drehwinkel φ der Zahnräder 14, 16 dargestellt. Mit durchgezogenen Linien ist der Verlauf des Volumens bei der vorstehend beschriebenen Ausbildung der Nuten 32, 34 über die unterschiedlichen Winkelbereiche α und β dargestellt, bei einer Zähnezahl z = 10. Das Volumen V des Druckraums 26 ändert sich mit einem Periodenwinkel t von 360°/z, hier also 36°. Zum Vergleich ist in Fig. 2 der Verlauf des Volumens V des Druckraums 26 über dem Drehwinkel φ der Zahnräder 14, 16 mit gestrichelten Linien dargestellt für den Fall, daß die Winkelbereiche α und β der Nuten 32, 34 gleich sind. In diesem Fall gelangen bei den beiden Zahnrädern 14, 16 jeweils gleichzeitig ein Zahn bzw. eine Zahnlücke beim einen Zahnrad und eine Zahnlücke bzw. ein Zahn beim anderen Zahnrad in Überdeckung mit den Anfängen der jeweiligen Nuten 32, 34. Für diesen Fall ergibt sich eine geringere Änderung des Volumens V des Druckraums 26 als bei der Ausbildung der Nuten 32, 34 über unterschiedliche Winkelbereiche α und β. Das Volumen V des Druckraums 26 ändert sich bei gleichen Winkelbereichen α und β mit einem Periodenwinkel t von 360°/2z, hier also 18°. Das maximale Volumen Vmax und das minimale Volumen Vmin des Druckraums 26 ist bei den sich über unterschiedliche Winkelbereiche α und β erstreckenden Nuten 32, 34 größer als bei den sich über gleich große Winkelbereiche α und β erstreckenden Nuten 32, 34.
In Fig. 3 ist der Verlauf von Druckpulsationen p im Druckraum 26 über der Drehzahl n der Zahnradpumpe dargestellt. Mit durchgezogener Linie ist der Verlauf der Druckpulsationen dargestellt bei Nuten 32, 34, die sich über die unterschiedlichen Winkelbereiche α und β erstrecken. Mit gestrichelter Linie ist der Verlauf der Druckpulsationen dargestellt bei Nuten 32, 34, die sich über gleich große Winkelbereiche α und β erstrecken. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Druckpulsationen sich mit zunehmender Drehzahl n verringern und durch die sich über die unterschiedlichen Winkelbereiche α und β erstreckenden Nuten 32, 34 deutlich verringert werden.
In Fig. 4 ist der Verlauf des Liefergrads 1 (in Prozent) der Zahnradpumpe über deren Drehzahl n dargestellt. Mit durchgezogener Linie ist der Verlauf des Liefergrads 1 bei sich über die unterschiedlichen Winkelbereiche α und β erstreckenden Nuten 32, 34 dargestellt und mit gestrichelter Linie ist der Verlauf des Liefergrads 1 bei sich über gleiche Winkelbereiche α und β erstreckenden Nuten 32, 34 dargestellt. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Liefergrad 1 mit zunehmender Drehzahl n zunimmt und durch die sich über die unterschiedlichen Winkelbereiche α und β erstreckenden Nuten 32, 34 gesteigert wird.
Abweichend zu der vorstehend erläuterten Ausbildung der Nuten 32, 34 kann auch vorgesehen sein, daß die Differenz zwischen dem Winkelbereich α, über den sich die Nut 32 erstreckt, und dem Winkelbereich β, über den sich die Nut 34 erstreckt, größer als 0° und kleiner als 360°/2z beträgt. Bei dieser Ausbildung der Nuten 32, 34 gelangt mit geringem zeitlichem Abstand bzw. nach geringem Drehwinkel φ der Zahnräder 14, 16 zuerst beim einen Zahnrad 14 oder 16 und danach beim anderen Zahnrad 16 oder 14 eine Zahnlücke bzw. ein Zahn in Überdeckung mit dem Anfang der jeweiligen Nut 32, 34.
Die Winkelbereiche α und β können auch derart bestimmt sein, daß die im Druckraum 26 auftretenden Druckpulsationen möglichst gut ausgeglichen werden. Die Winkelbereiche α und β werden dabei zeitlich bzw. im Drehwinkel φ der Zahnräder 14, 16 auf die stärksten auftretenden Druckspitzen im Druckraum angepasst, so daß sich zu den Zeitpunkten und den Drehwinkeln φ der stärksten Druckspitzen eine starke Volumenzunahme des Druckraums 26 ergibt, indem bei den Zahnrädern 14, 16 jeweils eine Zahnlücke in Überdeckung mit jeweiligen Nut 32, 34 gelangt, wodurch diese Druckspitzen verringert werden.

Claims

1. Zahnradpumpe, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratstank zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe, mit einem Gehäuse (10), in dem eine Pumpenkammer (12) gebildet ist, in der ein Paar an ihrem Außenumfang miteinander kämmender Zahnräder (14, 16) angeordnet ist, die das zu fördernde Medium entlang zwischen deren Außenumfängen und an diese angrenzenden Umfangswänden (20, 22) der Pumpenkammer (12) gebildeten Förderkanälen (28, 30) aus einem Saugraum (24) in einen Druckraum (26) fördern, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswände (20, 22) der Pumpenkammer (12) in ihren zum Druckraum (26) hin verlaufenden Umfangsbereichen jeweils eine mit dem Druckraum (26) verbundene Nut (32, 34) aufweisen, durch die der radiale Abstand zwischen dem Außenumfang der Zahnräder (14, 16) und den Umfangswänden (20, 22) vergrößert ist und daß sich die Nuten (32, 34) ausgehend vom Druckraum (26) über unterschiedliche Winkelbereiche (α, β) bezogen auf die Drehachse (15, 17) des jeweiligen Zahnrads (14, 16) erstrecken.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Drehachse (15, 17) des jeweiligen Zahnrads (14, 16) die Enden der Nuten (32, 34) im Druckraum (26) zumindest annähernd gleich angeordnet sind und die Anfänge der Nuten (32, 34) in unterschiedlichen Winkelabständen (α, β) von den Enden entfernt angeordnet sind.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelbereiche (α, β), über die sich die Nuten (32, 34) erstrecken, derart bestimmt sind, daß zumindest annähernd gleichzeitig bei beiden Zahnrädern (14, 16) jeweils eine Zahnlücke bzw. ein Zahn in Überdeckung mit der jeweiligen Nut (32, 34) gelangt.

4. Zahnradpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Winkelbereichen (α, β), über die sich die Nuten (32, 34) erstrecken, zumindest annähernd 360°/2z beträgt, wobei z die jeweilige Zähnezahl der Zahnräder (14, 16) ist.

5. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelbereichen (α, β), über die sich die Nuten (32, 34) erstrecken, derart bestimmt sind, daß mit geringem Drehwinkelabstand nacheinander bei den beiden Zahnrädern (14, 16) jeweils eine Zahnlücke bzw. ein Zahn in Überdeckung mit der jeweiligen Nut (32, 34) gelangt.

6. Zahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen den Winkelbereichen (α, β), über die sich die Nuten (32, 34) erstrecken, größer als 0° und kleiner als 360°/2z ist, wobei z die jeweilige Zähnezahl der Zahnräder (14, 16) ist.