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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit einem ersten und einem zweiten Zahnrad, welche miteinander kämmen, um Fluid von einem Saugbereich zu einem Druckbereich zu fördern.
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Zahnradpumpen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Beispielsweise sind Außenzahnradpumpen bekannt, bei denen die beiden Zahnräder in einem Gehäuse gelagert sind. Ein Kopfkreis der Zähne der einzelnen Zahnräder berührt während des Betriebes die Gehäusewand, so dass eine metallische Dichtung vorhanden ist. Systembedingt ist hierbei ein Spalt zwischen den Zähnen und dem Gehäuse vorhanden. Um diesen Spalt so klein wie möglich zu gestalten, wird üblicherweise die Dichtfläche zwischen den Zähnen der Zahnräder und dem Gehäuse durch einen Einlaufvorgang der Pumpe hergestellt, um den Dichtdurchmesser möglichst genau bereitzustellen. Dieser Einlaufvorgang produziert jedoch Späne, die während des Fertigungsprozesses durch Filter aufgefangen werden müssen. Es wurde jedoch festgestellt, dass wenn während des Betriebs der Zahnradpumpe ein höherer Druck gefordert wird, dieser Einlaufvorgang sich wiederholen kann, so dass die Gefahr besteht, dass selbst nach längerer Laufzeit einer Zahnradpumpe weitere Späne durch diesen Einlaufvorgang produziert werden. Diese Späne können dann beispielsweise im Hydrauliksystem zu weiteren Problemen führen. Weiterhin haben die bekannten Zahnradpumpen das Problem, dass sich bei hohen Betriebstemperaturen und niederen Viskositäten der zu fördernden Flüssigkeit ein volumetrischer Wirkungsgrad der Zahnradpumpe verschlechtert. Ferner tritt auch eine erhöhte Leckage bei höheren Förderdrücken auf.
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Aus der
US 1,783,209 A ist eine Zahnradpumpe bekannt, in der an diametral gegenüberliegenden Stellen von außen metallische Kontaktelemente gegen Zähne von Zahnrädern der Zahnradpumpe gedrückt werden. Die Kontaktelemente sind entweder radial zu den Zahnrädern verschiebbar oder sie sind an einem Ende schwenkbar gelagert, so dass sie in Bezug auf die Zahnräder nach innen und nach außen beweglich sind. Schraubendruckfedern beaufschlagen die Kontaktelemente von außen gegen die Zähne der Zahnräder. Außerdem kommunizieren den Zahnrädern abgewandte Außenseiten der Kontaktelemente mit einem Pumpenauslass, so dass bei Betrieb der Zahnradpumpe ein Auslassdruck die Kontaktelemente zusätzlich zu den Schraubendruckfedern gegen die Zähne der Zahnräder beaufschlagt.
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In einem Gehäuse einer aus der
US 2,923,249 A bekannten Zahnradpumpe sind konzentrisch zu zwei Zahnrädern der Zahnradpumpe kreisbogenförmige Schlitze angebracht, wodurch biegbare, ebenfalls kreisbogenförmige und zu den Zahnrädern konzentrische Wände ausgebildet sind, die die Zahnräder auf einem Kreisbogen umschließen. Die Schlitze sind zu einem Pumpenauslass hin offen, so dass die kreisbogenförmigen Wände auf den Zahnrädern abgewandten Außenseiten mit einem Auslassdruck der Zahnradpumpe beaufschlagt sind und im Betrieb vom Auslassdruck gegen Zähne der Zahnräder gedrückt werden. An den anderen Enden sind die kreisbogenförmigen Wände einstückig mit dem Gehäuse.
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Vorteile der Erfindung
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Bei der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ist ein Einlaufen der Zahnradpumpe nicht notwendig ist. Dadurch kann ferner die Erzeugung von Spänen, insbesondere auch während des Betriebs der Zahnradpumpe, verhindert werden. Ferner tritt bei der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe eine signifikant reduzierte Leckage auf, da eine hohe Dichtheit im Bereich des Außendurchmessers der Zähne der Zahnräder erreicht wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Zahnradpumpe ein erstes und ein zweites bogenförmiges Kontaktelement umfasst. Jeweils ein bogenförmiges Kontaktelement ist dabei am äußeren Umfang eines Zahnrads angeordnet und befindet sich mit den Zähnen dieses Zahnrads in Kontakt. Das bogenförmige Kontaktelement ersetzt somit den Wandbereich des Gehäuses, wobei für die bogen förmigen Kontaktelemente insbesondere ein Material gewählt wird, welches keine Späne erzeugt.
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Die beiden bogenförmigen Kontaktelemente weisen jeweils eine zu den Zahnrädern radial nach innen gerichtete Eigenspannung auf. Hierdurch kann eine zusätzliche Kraftkomponente bereitgestellt werden, um die bogenförmigen Kontaktelemente eng an die Zähne der Zahnräder anzulegen.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise ist zwischen dem ersten bogenförmigen Kontaktelement und dem Gehäuse der Zahnradpumpe ein erster schlitzförmiger Bereich angeordnet und zwischen dem zweiten bogenförmigen Kontaktelement in dem Gehäuse ein zweiter schlitzförmiger Bereich angeordnet, wobei die beiden schlitzförmigen Bereiche mit dem Druckbereich der Zahnradpumpe verbunden sind. Hierdurch liegt unter Druck stehendes Fluid aus dem Druckbereich der Zahnradpumpe in die schlitzförmigen Bereiche an. Somit kann eine in Richtung auf Zahnräder gerichtete Kraft auf die bogenförmigen Kontaktelemente von deren Rückseite ausgeübt werden, so dass diese eng an den Zähnen der Zahnräder anliegen.
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Die schlitzförmigen Bereiche weisen dabei vorzugsweise eine Länge auf, welche im Wesentlichen einer Bogenlänge der ersten und zweiten bogenförmigen Kontaktelemente entspricht. Hierdurch wird ein gleichmäßiges Anlegen der bogenförmigen Kontaktelemente über ihre gesamte Bogenlänge erreicht.
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Die bogenförmigen Kontaktelemente sind besonders bevorzugt ausgehend von einem Druckbereich jeweils über einen Winkel von wenigstens 90°, insbesondere von 120°, in Richtung des Saugbereichs angeordnet.
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Weiter bevorzugt sind die bogenförmigen Kontaktelemente aus einem Blechmaterial, insbesondere einem Federblech zur einfacheren Bereitstellung einer nach innen gerichteten Eigenspannung, oder einem Kunststoffmaterial hergestellt. Um sicherzustellen, dass während des Betriebes kein Abrieb von den bogenförmigen Kontaktelementen durch einen Kontakt mit den Zähnen der Zahnräder auftreten kann, sind die Kontaktflächen vorzugsweise mit Feinbearbeitungsverfahren bearbeitet, oder mit einer Beschichtung versehen, um eine geringe Rauhigkeit aufzuweisen.
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Vorzugsweise sind die ersten und zweiten bogenförmigen Kontaktelemente jeweils in einer bogenförmigen Aussparung angeordnet.
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Besonders bevorzugt weisen die ersten und zweiten bogenförmigen Kontaktelemente jeweils einen Reversionsbereich auf. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Eigenspannung der bogenförmigen Kontaktelemente bereitgestellt werden. Ferner können die bogenförmigen Kontaktelemente einfach mittels des Reversionsbereichs am Gehäuse der Zahnradpumpe befestigt werden.
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Vorzugsweise reichen die schlitzförmigen Bereiche jeweils bis zu einem Abschnitt zwischen dem Reversionsbereich und der Rückseite der bogenförmigen Kontaktbereiche. Da die schlitzförmigen Bereiche mit dem Druckbereich der Zahnradpumpe in Verbindung stehen, wird auf den Reversionsbereich auch eine nach außen gerichtete Kraft ausgeübt, so dass diese sicher am Gehäuse der Zahnradpumpe anliegen.
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Weiter bevorzugt sind die Reversionsbereiche in einer zusätzlichen Vertiefung im Gehäuse angeordnet. Dadurch kann insbesondere eine einfache Befestigung der Reversionsbereiche im Gehäuse erfolgen. Die Befestigungen werden beispielsweise mittels Kleben oder mittels einer Presspassung o. Ä. erfolgen.
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Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe wird besonders bevorzugt in Fahrzeugen, insbesondere in Bremssystemen von Fahrzeugen oder zur Förderung von Kraftstoff verwendet.
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Zeichnung
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Zahnradpumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Zahnradpumpe 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Zahnradpumpe 1 ein Gehäuse 2, in welchem ein erstes Zahnrad 3 und ein zweites Zahnrad 4 angeordnet sind. Das erste Zahnrad 3 ist auf einer Welle 13 fixiert und dreht sich in Richtung des Pfeils A und das zweite Zahnrad 4 ist auf einer Welle 14 fixiert und dreht sich in Richtung des Pfeils B. Die beiden Zahnräder 3, 4 fördern Fluid von einem Saugbereich 5 zu einem Druckbereich 6. Hierbei kämmen die beiden Zahnräder 3, 4 miteinander. Die Zähne der Zahnräder 3, 4 müssen dabei an ihrem äußersten Umfang abdichten, um eine Leckage von Fluid zu vermeiden.
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Wie ferner aus 1 ersichtlich ist, ist am äußeren Umfang des ersten Zahnrads 3 ein erstes bogenförmiges Kontaktelement 7 angeordnet. Spiegelbildlich zu einer Mittelachse X-X der Zahnradpumpe ist ferner ein zweites bogenförmiges Kontaktelement 8 am zweiten Zahnrad 4 angeordnet. Die beiden bogenförmigen Kontaktelemente 7, 8 sind in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Federblech hergestellt. Die beiden bogenförmigen Kontaktelemente sind in Form eines Teilkreisbogens gebildet, entsprechend dem Außenumfang der Zähne der Zahnräder 3, 4. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist zwischen dem ersten bogenförmigen Kontaktelement 7 und dem Gehäuse 2 ein schlitzförmiger Bereich 9 gebildet. Der schlitzförmige Bereich 9 ist mit dem Druckbereich 6 verbunden und weist ungefähr eine Breite auf, welche gleich der Breite des bogenförmigen Kontaktelements 7 ist. In gleicher Weise ist zwischen dem zweiten bogenförmigen Kontaktelement 8 und dem Gehäuse 2 ein zweiter schlitzförmiger Bereich 10 ausgebildet. Wie aus 1 ersichtlich ist, erstreckt sich das erste bogenförmige Kontaktelement 7 ausgehend von einem Kanal 6a des Druckbereichs 6 in Richtung des Saugbereichs über einen Winkel α von ca. 120°. In ähnlicher Weise erstreckt sich das zweite bogenförmige Kontaktelement 8 über einen Winkel β von ca. 120°, ausgehend vom Druckbereich 6 zum Saugbereich 5. Das erste bogenförmige Kontaktelement 7 weist einen Kontaktbereich 7a auf, welcher in Kontakt mit den Zähnen des ersten Zahnrads 3 steht, sowie einen Reversionsbereich 7b auf, welcher zur Fixierung des ersten bogenförmigen Kontaktelements 7 im Gehäuse 2 dient. Im Gehäuse 2 ist eine bogenförmige Ausnehmung 2a gebildet, in welcher das erste bogenförmige Kontaktelement 7a angeordnet ist sowie eine Vertiefung 2b, welche zur Fixierung des ersten bogenförmigen Kontaktelements 7 mittels des Reversionsbereichs 7b dient. Der Reversionsbereich 7b kann beispielsweise in der Vertiefung 2b eingeklebt sein. Die bogenförmige Ausnehmung stellt ferner den ersten schlitzförmigen Bereich 9 bereit.
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Durch das Vorsehen des Reversionsbereichs 7b wird eine in Richtung auf eine Mitte des ersten Zahnrads 3 gerichtete Kraft erzeugt, wodurch das erste bogenförmige Kontaktelement 7 eng an den Zähnen des ersten Zahnrads 7 anliegt. Hierdurch wird eine hohe Dichtheit gewährleistet. Da das erste bogenförmige Kontaktelement 7 aus einem Federblech hergestellt ist, weist es ferner noch aufgrund seiner bogenförmigen Ausgestaltung eine zum Zahnrad 3 gerichtete Eigenspannung auf. Das zweite bogenförmige Kontaktelement 8 ist wie das erste bogenförmige Kontaktelement 7 mit einem Kontaktbereich 8a und einem Reversionsbereich 8b ausgebildet. Das zweite bogenförmige Kontaktelement 8 ist in einer Ausnehmung 2c angeordnet und der Revisionsbereich 8b ist in einer Vertiefung 2d im Gehäuse positioniert. Die Funktion des zweiten bogenförmigen Kontaktelements 8 ist gleich wie die des ersten bogenförmigen Kontaktelements 7, so dass die Zähne des zweiten Zahnrads 4 eng am Kontaktbereich 8a des zweiten bogenförmigen Kontaktelements 8 anliegen.
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Erfindungsgemäß ist somit immer gewährleistet, dass die ersten und zweiten bogenförmigen Kontaktelemente 7 und 8 immer aktiv gegen die Zähne des ersten und zweiten Zahnrads 3, 4 gedrückt werden. Hierdurch wird einerseits ein Spalt zwischen den Zähnen und den bogenförmigen Kontaktelementen 7, 8 immer sehr klein sein und ferner ein volumetrischer Wirkungsgrad der Zahnradpumpe verbessert. Darüber hinaus ist sichergestellt, dass zwischen den bogenförmigen Kontaktelementen 7, 8 und den Zähnen 3, 4 keine Späne erzeugt werden, welche im Betrieb zu entsprechenden Nachteilen führen können. Die erfindungsgemäß vorgesehenen bogenförmigen Kontaktelemente 7 und 8 können dabei aus einem Federblech sehr kostengünstig bereitgestellt werden. Ferner wird durch das Vorsehen der schlitzförmigen Bereiche 9 und 10 zwischen den bogenförmigen Kontaktelementen 7, 8 und dem Gehäuse 2 eine Druckkompensation erreicht. Es sei ferner angemerkt, dass am Reversionsbereich 7b bzw. 8b der bogenförmigen Kontaktelemente 7 bzw. 8 zusätzlich auch eine Dichtung vorgesehen sein kann.
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Die erfindungsgemäße Zahnradpumpe 1 wird besonders bevorzugt in Verbindung mit Fahrzeugen, insbesondere bei Bremssystemen von Fahrzeugen oder bei einer Kraftstoffförderung verwendet.
