DE10150653A1

DE10150653A1 - Innenzahnradpumpe

Info

Publication number: DE10150653A1
Application number: DE10150653A
Authority: DE
Inventors: Stanislaw Bodzak
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-13
Filing date: 2001-10-13
Publication date: 2003-04-30
Also published as: JP4188836B2; EP1438507A1; EP1438507B1; WO2003036091A1; DE50209940D1; ATE359444T1; JP2005506490A; CN1463330A; US7052257B2; US20040219038A1; CN1284931C

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine, mit einem innenverzahnten Zahnring (11) und einem außenverzahnten Ritzel (3), das zum Erzeugen einer Pumpwirkung mit dem Zahnring (11) zusammenwirkt. DOLLAR A Um die Förderleistung bei Startdrehzahl und die Lebensdauer der Innenzahnradpumpe zu erhöhen, ist das Ritzel (3) exzentrisch zu dem Zahnring (11) auf einem Lagerstummel (5) radial beweglich gelagert. Außerdem ist eine Einrichtung (17, 18) vorgesehen, um das Radialspiel zwischen dem Ritzel (3) und dem Zahnring (11) auszugleichen. DOLLAR A Der Antrieb erfolgt über eine federbelastete Oldham-Kupplung, welche das Axialspiel der erfindungsgemäßen Pumpe einstellt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine, mit einem innenverzahnten Zahnring und einem außenverzahnten Ritzel, das zum Erzeugen einer Pumpwirkung mit dem Zahnring zusammenwirkt.

Eine derartige Innenzahnradpumpe wird auch als Zahnringpumpe bezeichnet. Der Zahnring und das Ritzel stellen die Pumpenelemente dar und werden auch als Außenrotor und Innenrotor bezeichnet. In der DE 38 27 573 A1 ist eine Innenzahnradpumpe beschrieben, deren Zahnring über einen Elektromotor angetrieben ist. Die zwischen den Verzahnungen der beiden Pumpenelemente vorhandenen Förderkammern der Innenzahnradpumpe werden in axialer Richtung durch eine Druckscheibe abgedeckt. Eine als Druckfeder ausgebildete Schraubenfeder, die gegen die Druckplatte vorgespannt ist, sorgt beim Starten der Brennkraftmaschine dafür, dass das Axialspiel gleich Null ist. Zwischen Elektromotor und Zahnring ist eine Oldham- Kupplung vorhanden, welche einen axialen Versatz zwischen Pumpe und Elektromotor ausgleichen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Förderleistung bei Startdrehzahl und die Lebensdauer der eingangs geschilderten Innenzahnradpumpe zu erhöhen. Dabei soll die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe kostengünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe ist bei einer Innenzahnradpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine, mit einem innenverzahnten Zahnring und einem außen verzahnten Ritzel, das zum Erzeugen einer Pumpwirkung mit dem Zahnring zusammenwirkt, dadurch gelöst, dass das Ritzel exzentrisch zu dem Zahnring auf einem Lagerstummel und radial beweglich gelagert ist, und dass eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Radialspiel zwischen dem Ritzel und dem Zahnring, insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine, auszugleichen.

Vorteile der Erfindung

Beim Starten der Brennkraftmaschine ist der Druck in der Innenzahnradpumpe gleich Null. Durch die erfindungsgemäße Federeinrichtung wird das Kopfspiel zwischen zwei miteinander in Kopfkontakt (d. h. das Kopfspiel = null) befindlichen Zähnen der Pumpenelemente beim Starten der Brennkraftmaschine ausgeglichen. Nach Erreichen der Leerlaufdrehzahl steigt der Pumpendruck und wirkt gegen die Federkraft. Das führt dazu, dass das Kopfspiel zwischen Zahnring und Ritzel zunimmt, wodurch die Förderleistung sinkt und die tribologischen Bedingungen in der Pumpe durch eine Vergrößerung des Kopfspiels verbessert werden.

Eine besonders einfache und wirksame Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht aus einer Querbohrung in dem Lagerstummel und einer in der Querbohrung befindlichen zweiten Druckfeder, wobei sich die zweite Druckfeder mindestens mittelbar gegen das Ritzel abstützt. Durch die Federkraft wird das Ritzel gegen den Zahnring gedrückt, solange der Druck im Innenraum der Zahnradpumpe klein ist. Dies ist insbesondere beim Stillstand der Brennkraftmaschine und beim Starten der Brennkraftmaschine der Fall, so dass sich das gewünschte spielfreie Zusammenwirken von Ritzel und Zahnring automatisch ergibt. Die Richtung der Querbohrung bestimmt den Punkt, an dem die Zahnköpfe des Ritzels und des Zahnrings einander berühren. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Richtung der Querbohrung zwischen Saugraum und Druckraum der Pumpe liegt.

Um den Verschleiß zwischen Ritzel und Druckfeder zu minimieren, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass zwischen der zweiten Druckfeder und dem Ritzel ein Druckstück, insbesondere eine Kugel, vorgesehen ist, so dass keine Gleitreibung, sondern nur Rollreibung zwischen zweiter Druckfeder und Ritzel auftritt.

Um die erfindungsgemäße Zahnradpumpe an unterschiedliche Brennkraftmaschine bzw. Hochdruckpumpen adaptieren zu können, kann vorgesehen sein, die Vorspannkraft der zweiten Druckfeder einstellbar zu machen. Dies kann bspw. durch Distanzscheiben in der Querbohrung oder andere Kugeldurchmesser erzielt werden.

Weitere Varianten der Erfindung sehen vor, dass der Zahnring durch eine Oldham-Kupplung mit einer Kupplungsscheibe oder eine radialelastische Kupplung mit einer Antriebswelle gekoppelt ist, so dass auch ein leichter axialer Versatz der Drehachse des Zahnrings und der Antriebswelle ausgeglichen werden kann und nicht zu unzulässigen Beanspruchungen der Innenzahnradpumpe führt.

Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kupplungsscheibe durch eine erste Druckfeder, insbesondere eine erste Druckfeder mit einstellbarer Vorspannung, auf das Ritzel und den Zahnring gepresst wird, wobei die erste Druckfeder bspw. in dem Ende der Antriebswelle angeordnet sein kann. Durch diese einfache Maßnahme wird das Axialspiel der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe immer auf null gebracht, was sich positiv auf die Förderleistung bei niedrigen Drehzahlen auswirkt.

Zeichnungen

In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe in der Draufsicht ohne Pumpengehäuse;
Fig. 2 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 und 4 verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe in perspektivischer Darstellung.
In Fig. 1 sieht man eine Hochdruckpumpe 1, an die eine Innenzahnradpumpe 2 angebaut ist. In der Innenzahnradpumpe 2 ist ein außenverzahntes Ritzel 3 auf einem Lagerstummel 5 drehbar gelagert. Das außenverzahnte Ritzel 3 ist exzentrisch zu einem innenverzahnten Zahnring 11 gelagert.
Der Zahnring 11 weist zwei einander gegenüberliegende Ausnehmungen 6 und 7 auf, über die der Zahnring von einer in Figur nicht dargestellten Antriebswelle und einer ebenfalls nicht dargestellte Oldham-Kupplung angetrieben wird.
Um eine möglichst hohe Förderleistung der Zahnradpumpe beim Start der Brennkraftmaschine zu erzielen, soll ein Zahnkopf 13 des Ritzels 3 beim Starten der Brennkraftmaschine in Anlage an einem Zahnkopf 14 des Zahnrings 11 gehalten werden. Sobald die Brennkraftmaschine ihre Leerlaufdrehzahl erreicht hat, sollen die Zahnköpfe 13 und 14 voneinander abheben, um deren Verschleiß zu verringern.
In der in Fig. 2 dargestellten Schnittansicht sieht man, dass die Innenzahnradpumpe 2 von einem Gehäuse 20 umgeben ist, das an dem Gehäuse der Hochdruckpumpe 1 befestigt ist. Der Lagerstummel 5 ist Teil des Gehäuses 20 der Innenzahnradpumpe 2. Von der Hochdruckpumpe 1 ragt ein Wellenende 21 bis etwa zu einer Flanschfläche 7 der Hochdruckpumpe 1. An der Flanschfläche 7 ist die Innenzahnradpumpe 2 an die Hochdruckpumpe 1 angeflanscht.
An dem Wellenende 21 ist eine Vertiefung 8 ausgebildet. Die Vertiefung 8 hat zwei zueinander parallele Seitenwände, die in Fig. 2 nicht sichtbar sind. Diese parallelen Seitenwände verlaufen in der in Fig. 2 dargestellten Position des Wellenendes 21 senkrecht zur Zeichnungsebene.
In die Vertiefung 8 ragt eine Kupplungsscheibe 9 mit einem Zweikant 10. Die parallelen Seitenwände der Vertiefung 9 und der Zweikant 10 der Kupplungsscheibe 9 ermöglichen die Übertragung des zum Antrieb der Innenzahnradpumpe 2 erforderlichen Drehmoments von dem Wellenende 21 auf die Kupplungsscheibe 9.
Auf der dem Zweikant 10 gegenüberliegenden Seite der Kupplungsscheibe 9 weist diese zwei Nasen 12 auf, die in die Ausnehmungen 6 des Zahnrings 11 eingreifen. Die Ausnehmungen 6 haben, wie aus Fig. 1 ersichtlich, zwei zueinander parallele Seitenwände 15, die in radialer Richtung verlaufen. In Fig. 2 verlaufen die Seitenwände 15 parallel zur Zeichnungsebene.
Die Vertiefung 8, Kupplungsscheibe 9 mit dem Zweikant 10 und den Nasen 12 sowie die Ausnehmungen 6 bilden eine sogenannte Oldham-Kupplung, die auch als Kreuzscheibenkupplung bezeichnet wird. Sie dient dazu, auch bei Achsversatz die Drehbewegung des Antriebswellenendes 21 auf den Zahnring 11 der Innenzahnradpumpe 2 zu übertragen. Dabei ermöglicht die Kreuzscheibenkupplung, dass ein axialer Versatz zwischen dem Antriebswellenende 21 und der Drehachse des Zahnrings 11 ausgeglichen werden kann.
Im Wellenende 21 ist eine erste Druckfeder 16 vorgesehen, die sich einenends gegen das Wellenende 21 und anderenends gegen den Zweikant 10 abstützt. Dadurch wird die Kupplungsscheibe 9 gegen den Zahnring 11 gedrückt, so dass die Innenzahnradpumpe 2 zumindest im Stillstand kein Axialspiel nach außem hat. Ein Axialspiel von bspw. 0,005 mm zwischen Ritzel 3 und Kupplungsscheibe 9 soll beim Start der Pumpe vorhanden sein.
In dem Lagerstummel 5 ist eine Querbohrung 17, die eine zweite Druckfeder 18 und eine Kugel 19 aufnimmt, vorhanden. Die zweite Druckfeder 18 drückt das Ritzel 3 so gegen den Zahnring 11, dass im Stillstand der Innenzahnradpumpe 2 kein Spiel zwischen dem Zahnkopf 13 des Ritzels 3 und dem Zahnkopf des Zahnrings 11 vorhanden ist.
Nach Erreichen der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine steigt der Druck im Innern der Zahnradpumpe 2 und das Ritzel wird entgegen der Federkraft der zweiten Druckfeder 18 von dem Zahnring 11 so weit weggedrückt, wie es das Spiel zwischen Lagerstummel 5 und Ritzel 3 zulässt. Somit wird das Radialspiel an den Zahnköpfen 13 und 14 mit dem Dauerbetrieb der Brennkraftmaschine auf einen Wert größer als Null eingestellt.
In der Ansicht von links der Innenzahnradpumpe 2 sind im Pumpengehäuse ein Zulaufkanal 22 und ein Förderkanal 23 erkennbar, über die der Kraftstoff von der nicht dargestellten Hochdruckpumpe (nicht dargestellt) angesaugt wird. Der Kraftstoff (nicht dargestellt) strömt über eine Zulaufbohrung 24 zum Zulaufkanal 22 und strömt aus dem Förderkanal 23 in eine Förderbohrung 25.
In Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe 9 perspektivisch dargestellt. Die Kupplungsscheibe 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel aus einem Stück Blech hergestellt. Auf der in Fig. 3 oben liegenden Seite der Kupplungsscheibe 9 sind die Nasen 12 durch Nachobenbiegen von zwei eingeschnittenen Blechstreifen der Kupplungsscheibe 9 gebildet worden. Der Zweikant 10, welcher nur gestrichelt dargestellt ist, ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch zwei nach unten geklappte Blechstreifen der Kupplungsscheibe 9 gebildet worden. Zusammen mit der in Fig. 3 nicht dargestellten Ausnehmung 6 des Zahnrings 11 und der ebenfalls nicht dargestellten Vertiefung 8 im Wellenende 21 können ermöglicht die Kupplungsscheibe 9, wie durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet, Ausgleichsbewegungen in X- und Y-Richtung. Dadurch kann ein axialer Versatz zwischen der Drehachse des Wellenendes 21 und des Zahnrings 11 ausgeglichen werden.
In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe 9 perspektivisch dargestellt. Die Kupplungsscheibe 9 ist bspw. durch Sintern oder Druckgießen hergestellt. Die Nasen 12 und der Zweikant 10 sind bei diesem Ausführungsbeispiel an die eigentliche Kupplungsscheibe 9 gesintert, bzw. gegossen.

Claims

1. Innenzahnradpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine, mit einem innenverzahnten Zahnring (11) und einem außenverzahnten Ritzel (3) das zum Erzeugen einer Pumpwirkung mit dem Zahnring (11) zusammenwirkt, wobei das Ritzel (3) exzentrisch zu dem Zahnring (11) auf einem Lagerstummel (5) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (3) auf dem Lagerstummel (5) radial beweglich gelagert ist, und dass eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Radialspiel zwischen dem Ritzel (3) und dem Zahnring (11) insbesondere beim Starten der Brennkraftmaschine, auszugleichen.

2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung von einer Querbohrung (17) in dem Lagerstummel (5) und einer in der Querbohrung (17) befindlichen zweiten Druckfeder (18) gebildet wird, und dass die zweite Druckfeder (18) sich mindestens mittelbar gegen das Ritzel (3) abstützt.

3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Druckfeder (18) und dem Ritzel (3) ein Druckstück, insbesondere eine Kugel (19), vorgesehen ist.

4. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft der zweiten Druckfeder (18) einstellbar ist.

5. Innenzahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (3) durch eine Oldham-Kupplung (8, 9, 10, 12, 6, 11) mit einer Kupplungsscheibe (22) oder eine radial elastische Kupplung mit einer Antriebswelle (21) gekoppelt ist.

6. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe (22) durch eine erste Druckfeder (16) auf den Zahnring (11) gepresst wird.

7. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckfeder (16) in dem Wellenende (21) angeordnet ist.

8. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannkraft der ersten Druckfeder (16) einstellbar ist.