DE102005020232A1

DE102005020232A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE102005020232A1
Application number: DE102005020232A
Authority: DE
Inventors: Viktor Refenius; Hans Jürgen Lauth; Bernd Schneider; Bernd Gebhard
Original assignee: LuK Fahrzeug Hydraulik GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-04-30
Publication date: 2005-12-01

Abstract

Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe, Rollenzellenpumpe oder Zahnradpumpe, mit einer Rotationsgruppe, welche unter anderem einen Rotor mit radial verschieblichen Flügeln oder Rollen aufweist oder Zahnräder, und mit einer Antriebswelle, wobei die Antriebswelle und der Rotor bzw. ein Zahnrad durch eine Verzahnung an der Antriebswelle und am Rotor bzw. am Zahnrad zur Drehmitnahme miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe oder Zahnradpumpe, mit einer Rotationsgruppe, welche unter anderem einen Rotor mit radial verschiebbaren Flügeln oder Rollen aufweist oder Zahnräder, und mit einer Antriebswelle, wobei die Antriebswelle und der Rotor bzw. ein Zahnrad durch eine Verzahnung an der Antriebswelle und am Rotor bzw. am Zahnrad zur Drehmitnahme miteinander verbunden sind.

Derartige Pumpen sind bekannt. Dabei weisen die Pumpen beispielsweise Zahnwellen-Verbindungen mit Evolventenflanken nach DIN 5480 oder Keilwellen-Verbindungen mit geraden Flanken nach DIN 5463 auf. Beide Arten von Verbindungen verfügen nicht über eine axiale Balligkeit an der Verzahnung, so dass es nicht möglich ist, eine Schiefstellung zwischen den Antriebspartnern auszugleichen. Durch das geringe Spiel zwischen den Zahnflanken werden außerdem Torsionsstöße aus der Antriebswelle ungedämpft an die Antriebspartner weitergeleitet, so dass der Verschleiß an den Antriebspartnern begünstigt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Pumpe darzustellen, die diese Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe oder Rollenzellenpumpe oder Zahnradpumpe, mit einer Rotationsgruppe, welche unter anderem einen Rotor mit radial verschiebbaren Flügeln oder Rollen aufweist oder Zahnräder, und mit einer Antriebswelle, wobei die Antriebswelle und der Rotor bzw. ein Zahnrad durch eine Verzahnung an der Antriebswelle und am Rotor zur Drehmitnahme miteinander verbunden sind, wobei erfindungsgemäß die Verzahnung axial ballig und radial außenzentriert ausgeführt ist.

Die Außenzentrierung hat den Vorteil, dass sie Querkräfte abstützen kann. Bei zweihübigen Flügelzellenpumpen sorgt die Außenzentrierung für eine bessere Zentrierung.

Bevorzugt wird eine Pumpe, bei welcher die Verzahnung zusätzlich ein Umfangsspiel zwischen den Zahnflanken aufweist. Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass das Umfangsspiel einen Winkelbereich von 3° bis 12°, vorzugsweise 6° umfasst.

Bevorzugt wird auch eine Pumpe, bei welcher die Verzahnung zusätzlich mit einer Querkraft beaufschlagbar ist.

Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Querkraft an den Außenzentrierflächen tangentiale Reibungskräfte zwischen der Antriebswelle und dem Rotor bzw. dem Zahnrad erzeugt. Das hat den Vorteil, dass durch das Umfangsspiel und die Reibungskräfte Torsionsstöße gedämpft werden können. Bevorzugt wird weiterhin eine Pumpe, bei welcher die Zahnflanken der Verzahnung die Form einer Evolventenverzahnung aufweisen. Auch wird eine Pumpe bevorzugt, bei welcher die Flanken in axialer Richtung ballig ausgeführt sein können.

Eine erfindungsgemäße Pumpe zeichnet sich dadurch aus, dass die Zähne der Welle breiter ausgeführt sind als die Zähne des Rotors bzw. des Zahnrades. Das hat den Vorteil, dass die Zähne der Welle, welche die Querkraft aufnehmen und das Reibungsmoment erzeugen müssen, dafür eine entsprechend höhere Festigkeit aufweisen können. Bevorzugt wird auch eine Pumpe, bei welcher die Zähne der Welle mehr als doppelt so breit sind wie die Zähne des Rotors bzw. des Zahnrades.

Die Pumpe wird nun anhand der Figuren beschrieben.
1 zeigt in Aufsicht einen Rotor mit einer erfindungsgemäßen Verzahnung.
2 zeigt eine Vergrößerung der Rotorverzahnung.
3 zeigt ein Ende einer Antriebswelle mit der erfindungsgemäßen Verzahnung.
4 zeigt vergrößert im Querschnitt die Verzahnung der Antriebswelle.
5 zeigt in Aufsicht den Zusammenbau einer Flügelzellenpumpe mit der erfindungsgemäßen Verzahnung zwischen Antriebswelle und Rotor.
In 1 ist ein Rotor 1 einer sechsflügeligen Flügelzellenpumpe mit einer erfindungsgemäßen Innenverzahnung dargestellt. Der Rotor enthält sechs Schlitze 3, in welchen hier nicht dargestellte Flügel radial verschieblich gelagert sind, welche mit ihren Flügelköpfen an einer entsprechenden Hubringkontur der Flügelzellenpumpe entlang gleiten. Der Rotor enthält in seiner Mitte eine Verzahnung mit vier Zähnen 7, welche vom Rotor nach innen mit einer Fase dargestellt sind.
In 2 ist die Rotorverzahnung vergrößert dargestellt. Die vier Zähne 7 weisen Flanken 9 auf, welche in ihrer Form als Evolventenverzahnung ausgeführt sind. Die Zahnfüße 13 münden in einen Fußkreisdurchmesser 11, welcher als Außenzentrierkreis zwischen der Rotorverzahnung und der Wellenverzahnung dient.
In 3 ist das verzahnte Ende 15 einer Antriebswelle 17 dargestellt. Das verzahnte Wellenende 15 weist vier Zähne 19 auf, welche in axialer Richtung an ihren Zahnköpfen 21 leicht ballig ausgeführt sind, was in der Darstellung schwer zu erkennen ist. Das Wellenende 15 läuft in einer Zentrier- und Montagespitze 22 aus, wodurch das Montieren der Welle in den Rotor entsprechend erleichtert wird. Die Zähne 19 weisen eine entsprechend große Breite auf, wie in 4 besser zu erkennen ist.
In 4 ist die Verzahnung der Welle im Querschnitt dargestellt. Die vier Zähne 19 weisen eine relativ große Breite mit einer Zahnkopfoberfläche 24 auf, wobei diese Oberfläche einen kreisförmigen Außendurchmesser darstellt, welcher für die Zentrierung des Rotors auf der Welle sorgt. Der kreisförmige Außendurchmesser 23 der Wellenverzahnung geht in den Punkten 25 in eine Evolventenzahnflanke 27 über, welche dann in einen Fußkreis 29 der Verzahnung übergeht. Es ist klar erkennbar, dass die Breite der Wellenzähne 19 entschieden größer ist als die Breite der Rotorzähne 7. Das ist erfindungsgemäß so gewollt, da die Wellenverzahnung festigkeitsmäßig sowohl die Querkräfte, welche auf den Rotor wirken, aufnehmen muss, als auch das Antriebsmoment von der Welle in den Rotor einbringen muss. Dazu bedarf es eines entsprechenden Materialquerschnitts der Welle, insbesondere der Wellenverzahnung. Bekannte Verzahnungen haben gerade bei der Aufnahme von Querkräften hier entsprechende Probleme.
In 5 ist der Zusammenbau einer entsprechenden Flügelzellenpumpe 31 dargestellt. Innerhalb eines Pumpengehäuses 33 ist ein Hubkonturring 35 gelagert, welcher innerhalb des Gehäuses durch einen Stift 39 in einer Rundlochbohrung und mittels eines weiteren Stiftes 37 in einer Langlochbohrung gelagert ist. Der Hubkonturring 35 enthält eine Hubkontur 41, welche in diesem Fall kreisförmig ist, in anderen Fällen, beispielsweise bei zweihübigen Flügelzellenpumpen, aber auch beliebige andere Konturen aufweisen kann. Sechs Flügel 43, welche radial gleitend in den Schlitzen des Rotors 1 gelagert sind, gleiten mit ihren Flügelköpfen an der Hubkontur 41 entlang und erzeugen somit Ansaug- und Verdrängerräume. Die Funktion einer derartigen Flügelzellenpumpe ist bekannt und bedarf hier keiner weiteren Erläuterung. Für die Funktion der Pumpe wichtig ist in diesem Falle, dass die Pumpe als einhubige Flügelzellenpumpe durch die Position ihrer mit Druck beaufschlagten Zelle, beispielsweise der Zelle 45, eine Radialkraft 47, hier durch einen Pfeil dargestellt, auf den Rotor erzeugt, welche durch die Rotorverzahnung auf die Welle übertragen wird und von der Welle 17 aufgefangen werden muss. Dabei wird die Radialkraft über die kreisförmige Verzahnungsoberfläche 11 des Rotors auf die kreisförmige Verzahnungsoberfläche 24 der Welle übertragen, wobei diese beiden Anteile der Verzahnungsform eine Außendurchmesserzentrierung auf der Welle darstellen.
Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Verzahnung ist, dass sich zwischen den Zähnen 7 des Rotors und den Zähnen 19 der Welle ein Spiel 49 ergibt, welches einen Winkelbereich von 3° bis 12°, vorzugsweise von 6° umfassen kann. Dieses Spiel hat den Vorteil, dass bei geringen Torsionsstößen der Welle innerhalb dieses Spielbereiches die Torsionsstöße nicht formschlüssig auf den Rotor übertragen werden. Die zwischen dem Außendurchmesser 23 der Wellenverzahnung 19 und dem Innendurchmesser 11 der Rotorverzahnung 7 auftretenden Reibungskräfte wirken dabei als dämpfende Kräfte zwischen den beiden Bewegungen von Rotor und Welle.
Die erfinderische Lösung dieser Verzahnung besteht also in der Kombination der Vorteile einer außendurchmesserzentrierten Keilwellen-Verbindung, einer Zahnwellenverbindung mit Evolventenflanken, der Balligkeit der Verzahnung in axialer Richtung zum Abfangen von Winkelfehlern zwischen Rotor und Welle und einem erhöhten Spiel zwischen den Zahnflanken. Die Erfindung ist insbesondere nützlich für Pumpen, welche durch ihren Einbauort mit Torsionsschwingungen beansprucht werden, wie z. B. bei Dieselvorförderpumpen, bei welchen der Dieselmotor entsprechende Schwingungen an der Antriebswelle verursacht. Die axiale Balligkeit der Verzahnung dient zum Ausgleich der möglichen Schiefstellungen des Rotors gegenüber der Antriebswelle, welche beispielsweise an einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors befestigt ist. Die Außendurchmesserzentrierung der Verzahnung auf der Welle stützt im Betrieb die Querkräfte ab. Damit wird eine Relativbewegung der Antriebspartner entlang der Verzahnungsflanken verhindert und damit der Verschleiß der Verzahnung gegenüber einer herkömmlichen Verzahnung reduziert. Zugleich wird die Reibung an der Außendurchmesserzentrierung der Verzahnung der Antriebspartner zur Dämpfung der Torsionsschwingungen verwendet. Durch das erhöhte Spiel zwischen den Zahnflanken wird den Antriebspartnern die Möglichkeit gegeben, sich relativ zueinander zu verdrehen und mit der Reibung an der Außendurchmesserzentrierung die Einwirkungen der Torsionsschwingungen zu dämpfen. Dadurch werden die Kontaktstöße an den Zahnflanken aufgrund von Torsionsschwingungen minimiert oder aufgehoben, was zur Minimierung des Verschleißes führt.
Die Erfindung kann sinngemäß auch für andere Pumpen, wie z. B. für Zahnradpumpen verwendet werden, bei welchen die Drehmomentmitnahme zwischen der Antriebswelle und dem durch die Welle angetriebenen Zahnrad auch mit entsprechenden Querkräften beaufschlagt ist. Aber auch für nicht querkraftbeaufschlagte Pumpen wie z. B. zweihübige Flügelzellenpumpen ist diese Verzahnung von Vorteil, da die Außendurchmesserzentrierung der Wellenverzahnung und die Innendurchmesserzentrierung des Rotors für eine bessere Zentrierung der Welle sorgt als bekannte Verzahnungen. Auch hier ist eine evtl. Schiefstellung des Rotors gegenüber der Welle durch die axiale Balligkeit dieser erfindungsgemäßen Verzahnung kompensierbar.

1: Rotor
3: Schlitze
7: Zähne der Rotorverzahnung
9: Zahnflanken der Rotorverzahnung
11: Fußkreisdurchmesser der Rotorverzahnung
13: Zahnfuß der Rotorverzahnung
15: Verzahntes Ende der Antriebswelle
17: Antriebswelle
19: Zähne der Antriebswelle
21: Zahnköpfe der Antriebswelle
22: Montagespitze der Antriebswelle
23: Außendurchmesser der Wellenverzahnung
24: Zahnkopfoberfläche der Antriebswelle
25: Übergang der Wellenverzahnung in Evolventenzahnflanke
27: Evolventenzahnflanke der Wellenverzahnung
29: Fußkreis der Wellenverzahnung
31: Flügelzellenpumpe
33: Pumpengehäuse
35: Hubkonturring
37: Stift für Hubkonturring
39: Stift für Hubkonturring
41: Hubkontur des Hubkonturringes
43: Flügel
45: Zelle der Flügelzellenpumpe
47: Radialkraft auf den Rotor
49: Spiel zwischen Rotorverzahnung und Wellenverzahnung

Claims

Pumpe, insbesondere Flügelzellenpumpe, Rollenzellenpumpe oder Zahnradpumpe, mit einer Rotationsgruppe, welche unter anderem einen Rotor (1) mit radial verschieblichen Flügeln (43) oder Rollen aufweist oder Zahnräder, und mit einer Antriebswelle (17), wobei die Antriebswelle (17) und der Rotor (1) bzw. ein Zahnrad durch eine Verzahnung an der Antriebswelle und am Rotor bzw. am Zahnrad zur Drehmitnahme miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (7, 19) axial ballig und radial außenzentriert ausgeführt ist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (7, 19) zusätzlich ein Umfangsspiel (49) zwischen den Zahnflanken aufweist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umfangsspiel (49) einen Winkelbereich von 3° bis 12°, bevorzugt 6° umfasst.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (7, 19) zusätzlich mit einer Querkraft (47) beaufschlagbar ist.
Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkraft (47) an den Außenzentrierflächen (11, 24) tangentiale Reibungskräfte zwischen der Antriebswelle und dem Rotor bzw. dem Zahnrad erzeugt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (9, 27) der Verzahnung (7, 19) die Form einer Evolventenverzahnung aufweisen.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (9, 27) auch in axialer Richtung ballig ausgeführt sein können.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (19) der Welle (17) breiter ausgeführt sind als die Zähne (7) des Rotors (1) bzw. des Zahnrades.
Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (19) der Welle (17) mehr als doppelt so breit ausgeführt sind wie die Zähne (19) des Rotors (1) bzw. des Zahnrades.