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Die
Erfindung betrifft ein Zahnrad für eine Umlaufverdrängermaschine
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie eine
Umlaufverdrängermaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs
5 angegebenen Art.
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Ein
derartiges Zahnrad sowie eine derartige Umlaufverdrängermaschine
sind dabei beispielsweise bereits aus der
DE 10 2005 032 644 A1 als
bekannt zu entnehmen. Die Umlaufverdrängermaschine ist
dabei als Innenzahnradpumpe zur Versorgung eines Kraftwagengetriebes
mit Betriebsfluid ausgebildet und umfasst ein Gehäuse mit
wenigstens einer Führungsfläche, entlang welcher
wenigstens eine Lauffläche des innerhalb des Gehäuses
angeordneten Zahnrads beim Fördern des Betriebsfluids zu
bewegen ist. Als Betriebsfluid wird Schmieröl verwendet,
welches mittels der Umlaufverdrängermaschine aus einem Ölsumpf
des Kraftwagens zu entsprechenden Lagerstellen des Kraftwagengetriebes
gefördert wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zahnrad sowie eine Umlaufverdrängermaschine der
eingangs genannten Art so zu verbessern, dass diese eine erhöhte
Verschleißfestigkeit besitzen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Zahnrad
für eine Umlaufverdrängermaschine mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Umlaufverdrängermaschine
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen
angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Zahnrads – soweit
anwendbar – als vorteilhafte Ausgestaltungen der Umlaufverdrängermaschine
und umgekehrt anzusehen sind.
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Ein
Zahnrad für eine Umlaufverdrängermaschine, welches
eine erhöhte Verschleißfestigkeit besitzt, ist
erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass in der
wenigstens einen Lauffläche zumindest eine Schmiertasche
zur Aufnahme des Betriebsfluids ausgebildet ist. Beim Fördern
des Betriebsfluids wird die wenigstens eine Schmiertasche durch
Bewegen des erfindungsgemäßen Zahnrads im Saug-
und Druckbereich des Gehäuses der Umlaufverdrängermaschine
mit dem Betriebsfluid befüllt, so dass sich ein Fluidpolster
ausbildet. Dieses führt zu einer verringerten Reibung zwischen
der Lauffläche des Zahnrads und der zugeordneten Führungsfläche
des Gehäuses und zu einer entsprechend erhöhten
Verschleißfestigkeit.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Umlaufverdrängermaschine
zum Fördern eines Betriebsfluids, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist,
dass in der wenigstens einen Lauffläche des Zahnrads zumindest
eine Schmiertasche zur Aufnahme des Betriebsfluids ausgebildet ist.
Neben der dadurch erzielten Steigerung der Verschleißfestigkeit wird
zusätzliche eine signifikant verringerte Fressneigung bei
hohen Betriebsdrücken des Betriebsfluids sowie bei hohen
Drehzahlen des Zahnrads sichergestellt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Aufsicht eines Zahnrads für eine Umlaufverdrängermaschine
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
perspektivische und ausschnittsweise Aufsicht eines Gehäuses
der Umlaufverdrängermaschine;
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3 eine
perspektivische Detailvergrößerung gemäß III
des in 2 gezeigten Gehäuses, in welchem das
in 1 gezeigte Zahnrad angeordnet ist;
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4 eine
weitere perspektivische Detailvergrößerung gemäß III
des in 2 gezeigten Gehäuses, wobei das Zahnrad
um einen Winkel verdreht dargestellt ist;
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5 eine
schematische Aufsicht des Zahnrads gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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6 eine
schematische Schnittansicht des in 5 gezeigten
Zahnrads entlang der Schnittlinie A1-A1;
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7 eine
schematische Seitenansicht des in 5 gezeigten
Zahnrads gemäß Detail X1; und
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8 eine
schematische und ausschnittsweise Aufsicht des in 5 gezeigten
Zahnrads gemäß der Schnittlinie B1-B1 in 7.
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1 zeigt
eine perspektivische Aufsicht eines Zahnrads 10 für
eine als Innenzahnradpumpe für ein Stufenautomatikgetriebe
eines Kraftwagens ausgebildete Umlaufverdrängermaschine 12 (s. 2) gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel. Das Zahnrad 10 ist
dabei vorliegend als innenverzahnter Zahnring mit dreiundzwanzig
Zähnen 14 ausgebildet. Das Zahnrad 10 umfasst
weiterhin zwei axiale 16a, 16c (s. 3)
sowie eine radiale Lauffläche 16b, welche beim
Fördern von Betriebsfluid entlang zugeordneter Führungsflächen 18a, 18b eines
Gehäuses 20 (s. 2) der Umlaufverdrängermaschine 12 zu bewegen
sind. In den Laufflächen 16a–c des Zahnrads 10 sind
auf beiden Seiten des Zahnrads 10 im Bereich jedes Zahns 14 Schmiertaschen 22 ausgebildet,
welche in gleichmäßigen Abständen zueinander
angeordnet sind. Die Funktion der Schmiertaschen 22 wird
dabei im Folgenden näher erläutert werden. Alternativ
kann natürlich auch eine abweichende Anzahl bzw. Anordnung
an Schmiertaschen 22 vorgesehen sein. Das Zahnrad 10 weist
ein rotationssymmetrische Massenverteilung auf und ist somit dynamisch
gewuchtet, wodurch eine hohe Verschleißfestigkeit sowie
eine geringe Geräuschentwicklung der Umlaufverdrängermaschine 12 auch
bei hohen Drehzahlen des Zahnrads 10 gewährleistet ist.
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2 zeigt
eine perspektivische und ausschnittsweise Aufsicht eines Teils des
Gehäuses 20 der Umlaufverdrängermaschine 12.
Dabei sind insbesondere die Führungsflächen 18a, 18b erkennbar, welche
zum Führen der Laufflächen 16a, 16b beim Drehen
des Zahnrads 10 dienen. Eine dritte, der Lauffläche 16c des
Zahnrads 10 zugeordnete Führungsfläche
ist in einem aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellten Deckel des Gehäuses 20 ausgebildet.
Weiterhin ist eine in die Führungsfläche 18a eingebrachte,
nutförmige Zuführung 24 erkennbar, über
welche den Schmiertaschen 22 des Zahnrads 10 das
Betriebsfluid zuzuführen ist. Eine entsprechend ausgebildete
Zuführung 24 kann alternativ oder zusätzlich
im nicht gezeigten Deckel des Gehäuses 20 bzw.
in der dem Deckel zugeordneten Führungsfläche
vorgesehen sein.
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3 zeigt
eine perspektivische Detailvergrößerung gemäß III
des in 2 gezeigten Gehäuses 20, in
welchem das in 1 gezeigte Zahnrad 10 drehbar
angeordnet ist. Das Zahnrad 10 ist dabei aus Gründen
der Übersichtlichkeit durch einen Zahn 14 geschnitten
dargestellt, so dass insbesondere die im Randbereich des Zahnrads 10 in
den Laufflächen 16a–c ausgebildeten Schmiertaschen 22 erkennbar sind.
Die Funktion der Umlaufverdrängermaschine 12 bzw.
des Zahnrads 10 wird in Zusammenschau mit 4 erläutert,
welche eine weitere perspektivische Detailvergrößerung
gemäß III des in 2 gezeigten
Gehäuses 20 zeigt, wobei das geschnitten dargestellte
Zahnrad 10 um einen kleinen Winkel weitergedreht wurde.
In 3 ist erkennbar, wie die Schmiertaschen 22 des
bewegten Zahnrads 10 im Saug- und Druckbereich des Gehäuses 20 über
die Zuführung 24 mit Betriebsfluid befüllt
werden können. Beim Weiterdrehen des Zahnrades 10 – wie
in 4 dargestellt – wird das Betriebsfluid
dann in den durch die Führungsflächen 18a, 18b begrenzten Schmiertaschen 22 eingeschlossen
und führt aufgrund der Ausbildung eines Fluidpolsters zu
einer Verbesserung der Schmierung zwischen dem Gehäuse 20 bzw.
dessen Führungsflächen 18a, 18b und
dem Zahnrad 10 bzw. dessen Laufflächen 16a–c. Auf
diese Weise wird die Verschleißfestigkeit der Umlaufverdrängermaschine 12 wesentlich
gesteigert und deren Ausfallrisiko aufgrund der signifikant verringerten
Fressneigung entsprechend minimiert. Die gezeigte Umlaufverdrängermaschine 12 eignet
sich daher für Betriebsdrücke von über
30 bar und besitzt zudem einen hohen Wirkungsgrad. Dabei kann ebenfalls
vorgesehen sein, dass ein außenverzahntes, mit dem Zahnrad 10 in
Wirkverbindung zu bringendes Innenzahnrad (nicht abgebildet) der
Umlaufverdrängermaschine 12 analog zum gezeigten
Zahnrad 10 ebenfalls wenigstens eine Schmiertasche 22 in
wenigstens einer Lauffläche 16 umfasst. Ein als Gegenrad
zum gezeigten Zahnrad 10 geeignetes Innenzahnrad kann dabei
beispielsweise neunzehn Zähne 14 umfassen, wodurch
sich ein günstiges Zahneingriffsverhältnis ergibt.
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5 zeigt
eine schematische Aufsicht des Zahnrads 10 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel. Das beispielsweise als Sinterteil
hergestellte Zahnrad 10 ist dabei wiederum als innenverzahnter Zahnring
ausgebildet und umfasst ebenfalls dreiundzwanzig Zähne 14.
Im Unterschied zum vorherigen Ausführungsbeispiel sind
die Schmiertaschen 22 lediglich auf den axialen Laufflächen 16a, 16c ausgebildet
und besitzen eine längliche Form. Auf diese Weise ist es
nicht erforderlich, eine Zuführung 24 in das zugeordnete
Gehäuse 20 der Umlaufverdrängermaschine 12 einzubringen,
da die Schmiertaschen 22 nur teilweise von den zugeordneten
Führungsflächen 18 begrenzt werden und
das das Zahnrad 10 umgebende Betriebsfluid somit problemlos
in die Schmiertaschen 22 eintreten kann.
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6 zeigt
eine schematische Schnittansicht des in 5 gezeigten
Zahnrads 10 entlang der Schnittlinie A1-A1. Dabei sind
insbesondere die Größenverhältnisse zwischen
der durch die Schnittflächen 26 charakterisierten
Dicke des Zahnrings des Zahnrads 10 und den Zähnen 14 erkennbar.
Dabei kann zur weiteren Verbesserung der Lauf- und Verschleißeigenschaften
des Zahnrads 10 vorgesehen sein, dass die Laufflächen 16a–c
geglättet und die Zähne 14 gebürstet
werden. Dadurch wird einerseits ein möglichst reibungsarmer
Lauf des Zahnrads 10 gegenüber dem Gehäuse 20 und
andererseits ein möglichst zuverlässiger Eingriff
der Zahnpaarungen zwischen dem gezeigten Zahnrad 10 und
einem Innenzahnrad mit engen Leckspalten erzielt.
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7 zeigt
eine schematische Seitenansicht des in 5 gezeigten
Zahnrads 10 gemäß Detail X1. Hierbei
ist vor allem die Anordnung und Ausgestaltung der Schmiertaschen 22 im
Vergleich zu den Zähnen 14 des Zahnrads 10 erkennbar.
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8 zeigt
eine schematische und ausschnittsweise Aufsicht des in 5 gezeigten
Zahnrads gemäß der Schnittlinie B1-B1 in 7 und
verdeutlicht insbesondere die Konturgestaltung der Schmiertaschen 22.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005032644
A1 [0002]