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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht von einer Innenzahnradpumpe für eine Bremsanlage
nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1
aus, wie sie insbesondere im Hydrauliksystem der Bremsanlagen von
Fahrzeugen verwendet wird.
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Eine
Innenzahnradpumpe, die ein entsprechend hohes Druckniveau des Fluids
erzeugen kann, ist in der
DE
19613833 B4 bereits offenbart. Das Fluid wird hierbei in üblicher
Weise von der Saugseite zur Druckseite der Innenzahnradpumpe gepumpt,
indem in einem sichelförmigen Ringraum der Pumpe zwischen
Hohlrad und Ritzel ein sich zur Druckseite verjüngendes
Füllstück angeordnet ist, das mit einem Ende axial
gegen den Fluiddruck auf der Druckseite an einer Anschlagfläche
abgestützt ist. Das Füllstück liegt mit
seiner gekrümmten Innen- bzw. Außenumfangsfläche
unter radialer Abdichtung an mehreren Zahnköpfen von Ritzel
bzw. Hohlrad an. Da die von den abgedichteten Zahnlücken
der im gleichen Richtungssinn drehenden Zahnräder mitgenommene
Fluidvolumina am verjüngten Ende des Füllstücks
zusammengeführt werden, ergibt sich in diesem Bereich der
Pumpe das gewünschte hohe Druckniveau. Um im Bereich der
Zahnköpfe eine möglichst wirkungsvolle Abdichtung
der Zahnlücken zu erreichen, ist das Füllstück
aus einem das Basisteil bildenden Segmentträger und einem
beweglich am Segmentträger abgestützten Dichtsegment
zusammengesetzt, wobei die Umfangsfläche des Segmentträgers an
den überdeckten Zahnköpfen des Ritzels und die gegenüberliegende
Umfangsfläche des Dichtsegments an den überdeckten
Zahnköpfen des Hohlrades anliegt. Zwischen Segmentträger
und Dichtsegment ist ferner eine Blattfederanordnung mit drei Blattfedern
abgestützt, durch welche Segmentträger und Dichtsegment
auseinandergedrückt werden und somit unter einer Federbelastung
an den überdeckten Zahnköpfen anliegen. Zusätzlich
werden Segmentträger und Dichtsegment bei entsprechenden Betriebsbedingungen über
einen etwa dem halben Betriebsdruck entsprechenden Fluiddruck auseinandergedrückt,
da ein durch elastische Dichtrollen aus einem Elastomer- oder Polymerwerkstoff
abgeteilter Zwischenraum zwischen Segmentträger und Dichtelement
durch Ausnehmungen fluidisch mit einem Druckaufbaubereich des Hohlrades
verbunden ist. Die Dichtrollen greifen in eine zugeordnete Nut ein und
müssen während der Verlagerung des Dichtelementes
mittels jeweils einer der drei Blattfedern in ihrer Dichtposition
gehalten werden. Somit bleibt die Abdichtung zwischen den überdeckten
Zahnköpfen und der mit ihnen zusammenwirkenden Umfangsseite
von Segmentträger und Dichtelement bei steigendem Druckniveau
der Pumpe durch Erhöhung der Anpresskraft automatisch wirksam.
Die Einzelteile des Füllstücks müssen
dabei aber sehr präzise gefertigt sein, um bei angemessener
Lebensdauer eine einwandfreie Funktion der Innenzahnradpumpe sicherstellen
zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe nach den Merkmalen
des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass sie baulich wesentlich einfacher gestaltet werden
kann und sich dadurch kostengünstiger herstellen und leichter
zusammenbauen lässt. Geringe Toleranzen in Radialrichtung
werden dabei durch federnde Anpassung der Umfangswand automatisch
ausgeglichen. Eine bauliche Vereinfachung durch Reduzierung der
Teilezahl ergibt sich bereits dann, wenn eine der an den Zahnköpfen
anliegenden Umfangswände weiterhin eine an den Kopfkreis
des zugeordneten Zahnrades angepasste, unveränderbare Krümmung aufweist
und nur die andere Umfangswand radial federnd und somit über
ihre Länge federelastisch biegbar ausgebildet ist. In diesem
Fall muss das Füllstück aber insgesamt radial
verlagerbeweglich am Pumpengehäuses abgestützt
werden, damit die Reaktionskräfte der nur auf einer Umfangsseite
wirkenden Federkräfte auch zu einer dichtenden Anlage der
festen Umfangswand an den von ihr überdeckten Zahnköpfen
führen können.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen
der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Innenzahnradpumpe möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass beide Umfangsseiten des Füllstücks
von einer radial federnden Umfangswand gebildet sind. Hierdurch
ist keine radiale Beweglichkeit des ge samten Füllstücks
mehr erforderlich; da sich beide Umfangswände unter angepasster
Biegeverformung dichtend an die von ihr überdeckten Zahnköpfe
der zugeordneten Verzahnung anlegen können.
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Eine
besonders kompakte Gestaltung des Füllstücks in
dessen Längserstreckungsrichtung wird möglich,
indem sich jede radial federnde Umfangswand des Füllstücks über
die gesamte Länge der zugehörigen Umfangsseite
erstreckt.
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Vorzugsweise
umfasst das Füllstück eine Hohlkammer, die von
einer oder beiden radial federnden Umfangswänden des Füllstücks
begrenzt und mit einem Druckbereich der Innenzahnradpumpe strömungsverbunden
ist. Hierdurch werden die radial federnden Umfangswände
des Füllstücks über die radiale Federbelastung
hinaus durch den hydraulischen Betriebsdruck auseinandergedrückt
und in eine dem Kopfkreisdurchmesser von Ritzet bzw. Hohlrad entsprechende
Anlagestellung an den Zahnköpfen gebracht. Auch wird die
radiale Anpresskraft der Umfangswand bzw. der Umfangswände
automatisch proportional zum steigenden Betriebsdruck der Innenzahnradpumpe
angepasst und damit entsprechend kompensiert. Somit kann die radiale
Federvorspannung der Umfangswand bzw. Umfangswände moderat
gewählt werden, um übermäßige
Reibungsverluste der Innenzahnradpumpe zu vermeiden.
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Eine
besonders einfache und leichte Bauweise des Füllstücks
ergibt sich, wenn beide radial federnde Umfangswände am
abgestützten Ende des Füllstücks über
eine Stützwand miteinander verbunden sind, von der sie
als Schenkel frei auskragen. Das Füllstück umfasst
somit nur drei aneinander anschließende Wandbereiche, wobei
die Enden der frei auskragenden Schenkel die Überströmöffnung
zur Druckseite der Innenzahnradpumpe begrenzen. Die Stützwand
kann dabei vorzugsweise einteilig mit den beiden Umfangswänden
ausgebildet sein und aus vorgebogenen Längenabschnitten
einer Blattfeder aus Federstahl bestehen. Zwischen den freien Endender
Umfangswände kann dabei vorteilhaft ein Abstand vorhanden
sein, so dass der lichte Querschnitt zwischen den freien Enden der
Umfangswände die Überströmöffnung
für das Fluid aus dem Druckbereich des Pumpengehäuses
bildet.
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Um
eine verbesserte Abdichtung des mit der druckbeaufschlagten Hohlkammer
versehenen Füllstücks zum Niederdruckbereich der
Zahnradpumpe zu ermöglichen, kann die Stützwand
des Füllstücks mit einer zentralen Einbuchtung
versehen sein, deren kniehebelartiger Wandverlauf bei Reduzierung der
Einbuchtung über den Fluiddruck im Inneren des Füllstücks
gestreckt wird, was zu einem entsprechenden Auseinanderspreizen
der Umfangswände unter Ausnutzung des Kniehebeleffektes
führt. Das Eintreten des Kniehebeleffektes setzt jedoch
voraus, dass die Stützwand des Füllstücks
im Übergangsbereich von der zentralen Einbuchtung der Stützwand zu
den Umfangswänden abgestützt ist.
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Vorteilhaft
wird die Stützwand mittels einer runden Anschlagfläche
abgestützt, die mit einem Teilquerschnitt in die Einbuchtung
hineinragt. Die runde Anschlagfläche kann dabei zweckmäßig
die zylindrische Umfangsfläche eines das Pumpengehäuse
quer durchsetzenden Bolzens sein. Durch den Eingriff des Teilquerschnitts
in den Hohlquerschnitt der Einbuchtung ergibt sich gleichzeitig
eine radiale Abstützung der Stützwand in beide
Richtungen.
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Um
günstigere Hebelverhältnisse an der Stützwand
zu schaffen, kann die Anschlagfläche aber eine plane Fläche
sein, die insbesondere von einer abgeflachten Umfangsseite eines
das Pumpengehäuse quer durchsetzenden Rundbolzens gebildet werden
kann. An der planen Anschlagfläche ergibt sich ein vergrößerter
Stützabstand, da die Stützwand nur mit ihren höckerförmig
gekrümmten Übergangsbereichen von der zentralen
Einbuchtung der Stützwand zu den Umfangswänden
des Füllstücks anliegt. Die Stützwand
wird somit bereits bei geringerem Betriebsdruck des Fluids in ihre
gestrecktere Spreizstellung zurückgebogen. Außerdem
kann ein größerer radialer Streckvorschub erzeugt
werden, da der mögliche Verformungsweg der Stützwand
größer ist als bei einer Abstützung,
die in den Hohlquerschnitt der Einbuchtung eingreift. Zur weitergehenden
Lagesicherung des Füllstücks kann vorteilhaft eine
gehäusefeste Haltevorrichtung vorgesehen werden, durch
welche das Füllstück auf der zur Anschlagfläche
entgegengesetzten Innenseite abgestützt wird.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen
gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw.
analoge Funktionen ausführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
das Innere einer Innenzahnradpumpe mit einer Füllstückanordnung
in einer Seitenansicht.
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2 zeigt
das Füllstück der Innenzahnradpumpe separat in
der Seitenansicht.
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3 zeigt
das Füllstück der Innenzahnradpumpe separat in
Umfangsansicht.
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4 zeigt
das Füllstück der Innenzahnradpumpe separat in
perspektivischer Schrägansicht.
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5 zeigt
das Innere einer Variante der Innenzahnradpumpe in Seitenansicht
mit modifizierter Füllstückanordnung.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Eine
in 1 gezeigte Innenzahnradpumpe 10 für
ein Hydrauliksystem einer Bremsanlage umfasst als Hauptbestandteile
ein in einem Gleitlager eines Pumpengehäuses 11 drehbar
gelagertes Hohlrad 12 mit Innenverzahnung, in der eine
korrespondierende Gegenverzahnung eines exzentrisch zum Hohlrad 12 im
Pumpengehäuse 11 drehbar gelagerten Ritzels 13 kämmt.
Die Innenverzahnung des Hohlrades 12 verfügt dabei
beispielsweise über 19 Zähne und die
Außenverzahnung des Ritzels 13 über 13 Zähne.
Im unteren rechten Quadranten begrenzen die Kopfkreise von Hohlrad 12 und
Ritzel 13 einen sichelförmigen Pumpraum, in dem
ein im wesentlichen an die Umfangskontur dieses Raums angepasster,
sichelförmiges Füllstück 14 angeordnet
ist. Das Füllstück 14 hat die Aufgabe,
die von ihm überdeckten Zahnlücken, die axial
beidseitig von den Stirnseiten des Pumpengehäuses 11 bzw.
darauf angeordneten Druckplatten abgedichtet sind, durch flächige
Anlage an den Zahnköpfen im Bereich ihres Kopfkreises abzudichten.
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Wird
das Ritzel 13 bei abgedichteten Zahnlücken z.
B. mittels eines Elektromotors im Uhrzeigergegensinn gedreht, wie
durch einen gebogenen Pfeil angedeutet ist, so wird das Hohlrad 12 über
den Verzahnungseingriff im gleichen Richtungssinn mitgedreht. Hierbei
wird die Hydraulikflüssigkeit in der Innenzahnradpumpe 10 in
den Zahnlücken von Hohlrad 12 und Ritzel 13 vom
Niederdruckbereich zum Hochdruckbereich der Innenzahnradpumpe 10 gefördert.
Der Niederdruckbereich befindet sich in der linken Hälfte
des Pumpengehäuses 11, in der eine große
Zuströmöffnung 15 angeordnet ist, und
der Hochdruckbereich in der rechten Hälfte des Pumpengehäuses 11,
in der die entsprechend kleinere Abströmöffnung 16 zu
erkennen ist. Der Druckanstieg in der Hydraulikflüssigkeit
entsteht dabei durch Vereinigung der von den Verzahnungen in den
Zahnlücken mitgenommenen Fluidvolumina am verjüngten
Ende des Füllstücks 14 in Verbindung
mit der Überströmsperrung zwischen Niederdruckbereich
und Hochdruckbereich der Innenzahnradpumpe 10 mittels des
Füllstücks 14. Somit ist die Güte
der Abdichtung zwischen Füll stück 14 und
den von diesem überdeckten Zahnköpfen von entscheidender
Bedeutung für das mit der Innenzahnradpumpe 10 im
Hydrauliksystem aufzubauende Druckniveau des Fluids.
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Wie
in Verbindung mit den Einzeldarstellungen nach 2, 3 und 4 deutlich
zu erkennen ist, besteht das Füllstück 14 aus
einer einteiligen, in drei Abschnitte aufgegliederten Blattfeder
aus Federstahl mit konstantem, parallelflachem Querschnitt. Das
Füllstück 14 ist dabei, wie in den Einzeldarstellungen
gezeigt ist, mit einer sichelartigen Umfangskontur vorgebogen und
umfasst somit eine Stützwand 14a als Basisteil,
eine innere Umfangswand 14b und eine äußere
Umfangswand 14c. Dabei ist die Krümmung der inneren
Umfangswand 14b über deren Länge etwa
dem Kopfkreis des Ritzels 13 und die Krümmung
der äußeren Umfangswand 14c über
deren Länge etwa dem Kopfkreis der Innenverzahnung des
Hohlrades 12 angepasst, wobei das Füllstück 14 am
Innenumfang kürzer ist als am Außenumfang. Vom
Füllstück 14 werden im dargestellten
Ausführungsbeispiel gleichzeitig drei Zahnköpfe der
Außenverzahnung des Ritzels 13 und fünf
Zahnköpfe der Innenverzahnung des Hohlrades 12 überdeckt.
Die über die Stützwand 14a verbundenen,
radial federnden Umfangswände 14b und 14c gehen unter
einer Abbiegung von ca. 90 Grad in die Stützwand 14a über
und stehen frei auskragend von der Stützwand 14a ab,
wodurch sich zwei einen stumpfen Winkel einschließende
Längenabschnitte der Stützwand 14a ergeben,
die über einen entgegengesetzt gekrümmten mittleren
Längenbereich der Stützwand 14a miteinander
verbunden sind. Somit ist die Stützwand 14a in
ihrem Mittelbereich mit einer Einbuchtung 17 versehen.
Vor dem Einbau sind die beiden Umfangswände 14b und 14c weiter
auseinandergespreizt, damit sie beim Einfügen zwischen die
Verzahnungen von Hohlrad 12 und Ritzel 13 zusammengedrückt
werden. Durch diese Verzwängung ist sichergestellt, dass
sich die Umfangswände 14b und 14c unter
ihren federnden Rückstellkräften satt an die zugeordneten
Zahnköpfe anschmiegen.
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Damit
das Füllstück 14 in der vorgesehenen Einbaulage
gehalten ist, liegt es mit höckerförmigen Endbereichen
seiner Stützwand 14a an einer planen, sich radial
erstreckenden Anschlagfläche 18a an. Diese Anschlagfläche 18a wird
von einer abgeflachten rechten Umfangsseite eines gehäusefesten
Anschlagbolzens 18 gebildet. Hierdurch ist also eine axiale
Abstützung des Füllstücks 14 gegenüber
der Saugseite also dem Niederdruckbereich der Innenzahnradpumpe 10 gegeben.
In entgegengesetzter Richtung ist das Füllstück 14 über
die Stützwand 14a an einem gehäusefesten
Haltebolzen 19 abgestützt, der auf der konvexen
Umfangsseite mittig an der Stützwand 14a anliegt.
Alternativ könnten anstelle des Haltebolzens 19 auch
erhabene Stellen von den axialen Druckplatten der Innenzahnradpumpe 10 abstehen
und als Haltemittel nahe der Stützwand 14a in den
Hohlquerschnitt des Füllstücks 14 hineinragen.
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Das
Füllstück 14 ist so vorgebogen, dass
seine federnden Umfangswände 14b und 14c nach
dem Einsetzen zwischen Hohlrad 12 und Ritzel 13 mit ausreichender
radialer Vorspannkraft an den Zahnköpfen der ihnen zugeordneten
Verzahnung anliegen. Zwischen den freien Enden der Umfangswände 14b und 14c verbleibt
dabei ein Spalt, der eine Überströmöffnung
zur Druckseite bzw. zum Hochdruckbereich der Innenzahnradpumpe 10 darstellt.
Somit füllt sich die gesamte von Stützwand 14a,
Umfangswand 14b und Umfangswand 14c umrissene
und axial von Gehäusewänden bzw. deren Druckplatten
begrenzte Hohlkammer des Füllstücks 14 mit
der Hydraulikflüssigkeit und steht unter dem im Hochdruckbereich herrschenden
Druck. Hierdurch werden auch die Umfangswände 14a und 14b auseinandergedrückt, so
dass ihre für die Dichtwirkung an den Zahnköpfen maßgebende
Anpresskraft druckabhängig automatisch vergrößert
wird. Bei sehr hohem Druckniveau in der Hohlkammer des Füllstücks 14 wird
zusätzlich auch die Stützwand 14a verformt,
wobei der gebogene Mittelbereich der Stützwand 14a aufgebogen
und dadurch auf die plane Anschlagfläche 18a zu
bewegt wird und die Stützwand 14a entsprechend
abgeflacht wird. Durch diese Abflachung wird der Winkel zwischen
den die Einbuchtung 17 begrenzenden Längenbereichen
der Stützwand stumpfer, was zu einer Streckung der Stützwand 14a führt.
Die hierdurch übertragenen Streckkräfte drücken
die Umfangswände 14b und 14c zusätzlich
auseinander und sorgen bei den nahe der Stützwand 14a liegenden
Zahnköpfen für eine verbesserte Abdichtung zum
Niederdruckbereich der Innenzahnradpumpe 10.
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Die
in 5 gezeigte Ausführungsform der Innenzahnradpumpe 10 unterscheidet
sich von der beschriebenen lediglich durch die Art der Abstützung des
Füllstückes 14 im Bereich der Stützwand 14a. Anstelle
eines abgeflachten Anschlagbolzens 18 ist ein Anschlagbolzen 20 mit
zylindrischem Querschnitt vorgesehen, der mit einem Teilquerschnitt
in die Einbuchtung 17 der Stützwand 14a eingreift.
Hierdurch ergibt sich zusätzlich zur axialen Abstützung
auch eine gewisse radiale Abstützung der Stützwand 14a am
Anschlagbolzen 20. Bei hohen Drücken des Fluids
in der Hohlkammer des Füllstücks 14 ergibt
sich hier die gezeigte Strecklage der Stützwand 14a,
in welcher diese nahezu vollflächig am Umfang des Anschlagbolzens 20 anliegt
und maximale Spreizkräfte in die stützwandnahen
Umfangsabschnitte der Umfangswände 14a und 14b einleitet.
Somit ist eine zuverlässige Abdichtung des Füllstücks 14 gegenüber der
Saugseite der Innenzahnradpumpe 10 gewährleistet.
Auch bei dieser Ausführungsform kann bei Bedarf zur Abstützung
der Stützwand 14a auf der konvexen Seite, also
zur Druckseite hin, ggf. ein die Hohlkammer quer durchsetzender
Haltebolzen oder eine Abstützung über seitlich
in die Hohlkammer hineinragende Vorsprünge der axialen
Seitenwände des Pumpengehäuses 11 bzw.
davon abstehender Druckplatten vorgesehen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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