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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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Aus der
DE 1 403 924 A1 ist bereits eine Innenläuferzahnradmaschine mit einem Füllstück bekannt, bei dem eine der beiden Umfangseiten von einer radial federnden Umfangswand gebildet ist, welche sich infolge ihrer auf eigener Federkraft beruhender Durchbiegung an die von ihr überdeckten Zahnköpfe von Ritzel oder Hohlrad anschmiegt. Die beiden Umfangseiten des Füllstücks sind über eine Stützwand miteinander verbunden. Allerdings weist diese Stützwand keine Einbuchtung auf.
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Weiterhin ist eine Innenzahnradpumpe, die ein entsprechend hohes Druckniveau des Fluids erzeugen kann, in der
DE 19613833 B4 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 eine verbesserte Abdichtung des mit der druckbeaufschlagten Hohlkammer versehenen Füllstücks zum Niederdruckbereich der Zahnradpumpe ermöglicht, indem die Stützwand des Füllstücks mit einer zentralen Einbuchtung versehen ist, 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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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 gesamten 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 Ritzel 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 Enden der 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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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.
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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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Figurenliste
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- 1 zeigt das Innere einer Innenzahnradpumpe mit einer Füllstückanordnung in einer Seitenansicht.
- 2 zeigt das Füllstück der Innenzahnradpumpe separat in der Seitenansicht.
- 3 zeigt das Füllstück der Innenzahnradpumpe separat in Umfangsansicht.
- 4 zeigt das Füllstück der Innenzahnradpumpe separat in perspektivischer Schrägansicht.
- 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 Füllstück 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 14 c 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.
