-
Stand der Technik
-
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.
-
Eine
derartige Innenzahnradpumpe ist z. B. 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 entspre chenden 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 Zahnradpumpe ist insbesondere aufgrund des aus vielen Teilen
zusammengesetzten Füllstücks technisch sehr aufwändig
und die Herstellung der Innenzahnradpumpe entsprechend teuer.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe nach den Merkmalen
des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass sie technisch einfacher gestaltet werden kann
und sich dadurch kostengünstiger herstellen lässt.
Die Anforderungen an die Maßhaltigkeit des Füllstücks
sind dabei schon dadurch geringer, dass keine an sich bei Zahnradpumpen
angestrebte, im Wesentlichen formschlüssige und somit dichtende
Einpassung des Füllstücks in den sichelförmigen
Pumpenraum zwischen Hohlrad und Ritzel vorgesehen ist, sondern dass
gezielt etwas Umfangsspiel des Füllstücks zu den
Kopfkreisen der korrespondierenden Verzahnungen geschaffen wird.
Aufgrund dieser „Spielpassung" können beim Füllstück
relativ großzügige Toleranzbereiche gewählt
werden, was sich im Hinblick auf die Fertigungskosten desselben
günstig auswirkt. Die zur Vermeidung druckmindernder Leckverluste
der Innenzahnradpumpe erforderliche, möglichst spielfreie Anlage
der Umfangsflächen des Füllstücks an
den überdeckten Zahnradköpfen von Hohlrad bzw.
Ritzel wird erst über die im Längenabstand am
Füllstück in entgegengesetzten Radialrichtungen
wirkenden Stützkräfte erreicht. Auch sind die
spielfrei anliegenden Bereiche des Füllstückumfangs
relativ kurz. Prinzipiell könnten zur Erzeugung der Spielfreiheit
z. B. zwei Federkräfte auf entgegengesetzten Umfangsseiten
entsprechend am Füllstück angreifen und das Füllstück
auf die Verzahnung des Hohlrades einerseits und die Verzahnung des
Ritzels andererseits niederdrücken.
-
Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen
der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Innenzahnradpumpe möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist das Füllstück als zweiarmiger,
im Mittelbereich wippenartig gelagerter Hebel gestaltet, dessen
Endbereiche durch Kippverlagerung des Füllstücks
spielfrei an der Verzahnung von Hohlrad einerseits und der Verzahnung
vom Ritzel andererseits zur Anlage gebracht werden können.
Durch die Zwischenlagerung des Füllstücks können
die in einem Längenabstand voneinander am Füllstück
angreifenden Stützkräfte zentral in den zweiarmigen
Hebel eingeleitet werden und dessen Endbereiche auf die zugeordnete
Verzahnung niedergedrückt werden. Es wäre folglich
zur Erzeugung der Stützlast für die Kippverlagerung
nur noch ein einziges Element wie z. B. eine Belastungsfeder erforderlich.
-
Zur
Kippverlagerung des Füllstücks ist eine Drehlagerung über
eine Schwenkachse technisch besonders sinnvoll, da hierdurch eine
definierte, mit hoher Präzision reproduzierbare Bewegungssteuerung
des Füllstücks möglich wird. Zudem lässt
sich eine hinreichend exakte Drehlagerung über einen von
einem Achsbolzen oder dgl. gebildete Schwenkachse auf technisch
einfache Weise erzeugen und kann gleichzeitig zur Abstützung
des Füllstücks in Längsrichtung des sichelförmigen
Pumpenraums dienen. Diese Doppelfunktion der Drehlagerung führt zu
einer insgesamt einfacheren Konstruktion der Innenzahnradpumpe.
-
Wenn
die Andrückkraft der Füllstückenden an
den zugehörigen Zahnköpfen entgegengesetzt gleich
groß sein soll, ist das Füllstück vorzugsweise spiegelsymmetrisch
gestaltet, wobei die Spiegelachse mit der Drehachse zusammenfällt.
Hierdurch wird außerdem die Eignung der Innenzahnradpumpe
für einen richtungsumkehrbaren Pumpbetrieb verbessert.
Im Interesse dieser Eignung ist es auch zweckmäßig,
wenn die Schwenkachse des Füllstücks mittig – also
im Bereich der größten Exzentrizität – im Pumpraum
der Innenzahnradpumpe angeordnet ist.
-
Im
Idealfall ist das Füllstück, ggf. abgesehen von
der dieses lagernden Schwenkachse, einteilig ausgebildet, wobei
zusätzlich allenfalls eine Belastungsfeder zum Schwenkantrieb
des Füllstücks vorgesehen sein kann. Durch technisch
geschickte Anordnung und Gestaltung des Füllstücks
im Pumpraum der Innenzahnradpumpe kann dabei sogar eine Druckdifferenz
des Fluids zwischen Innenumfang und Außenumfang des Füllstücks
ausgenutzt werden, um die nötige Schwenkkraft auf das Füllstücks
auszuüben. Hierdurch ergibt sich eine weitere wesentliche
Vereinfachung der Pumpenkonstruktion.
-
Die
Gewinnung der Druckdifferenz zum Erzeugen der Schwenkkraft am Füllstück
wird erleichtert, wenn das auf der Druckseite der Innenzahnradpumpe
liegende Ende des Füllstückes mit einer etwa radial
verlaufenden Stirnseite versehen ist.
-
Wegen
des Funktionsprinzips des Erfindungsgegenstandes ist die spielfreie
Anlage des Füllstücks auf einen relativ kurzen
Umfangsabschnitt begrenzt. Insbesondere bei mit hohem Betriebsdruck arbeitenden
Pumpen ist es daher wichtig, dass an der Verzahnung des Hohlrades
zur Vermeidung eines zu steilen Druckabfalls eine ausreichende Anzahl
von Zahnköpfen vom Außenumfang des Füllstücks überdeckt
wird. Dies ist problemlos möglich, wenn der Außenumfang
des Füllstücks etwa die Hälfte der sich
nicht im Eingriff mit dem Ritzel befindenden Zahnköpfe
des Hohlrads überdeckt.
-
Insbesondere
bei spiegelsymmetrischer Gestaltung der Innenzahnradpumpe lässt
sich deren Pumprichtung durch Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors
und damit des Ritzels einfach umkehren. Die Pumpleistung kann dabei
ohne bauliche Änderungen an der Innenzahnradpumpe gleich
bleiben, zumindest wenn Ein- und Ausströmöffnung
der Innenzahnradpumpe einen gleich großen Durchtrittsquerschnitt
aufweisen.
-
Eine
vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben und näher
erläutert.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
In
der einzigen Figur der Zeichnung ist das Innere einer erfindungsgemäßen
Innenzahnradpumpe mit zugehöriger Füllstückanordnung
in Seitenansicht gezeigt.
-
Ausführungsform der
Erfindung
-
Eine
in der einzigen Figur 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 verfugt im dargestellten Ausführungsbeispiel über
neunzehn und die Außenverzahnung des Ritzels 13 über
dreizehn Zähne. Vom Ritzel 13 greifen etwa vier
Zähne in korrespondierende Zahnlücken des oberen
Verzahnungsbereichs des Hohlrades 12 ein, da die Drehachsen
von Ritzel 13 und Hohlrad 12 beide in einer senkrechten Ebene
der Innenzahnradpumpe 10 liegen. Im Anschluss an den Eingriffsbereich
des Ritzels 13 begrenzen die Kopfkreise von Hohlrad 12 und
Ritzel 13 einen sichelförmigen Pumpenraum, in
dessen unterer Hälfte ein im Wesentlichen an die Umfangskontur dieses
Raums angepasstes, 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 Anlage
an Zahnköpfen im Bereich ihres Kopfkreises abzudichten.
Das Füllstück 14 ist über eine
von einem Achsbolzen gebildete Schwenkachse 17 mittig im
sichelförmigem Pumpenraum drehbar gelagert, wobei die geometrische
Drehachse der Schwenkachse 17 ebenfalls in der senkrechten
Ebene der Drehachsen von Ritzel 13 und Hohlrad 12 angeordnet
und das Füllstück 14 bezogen auf die
senkrechte Ebene spiegelsymmetrisch gestaltet ist. Mit der oberen
bzw. inneren Umfangsfläche verläuft das Füllstück 14 entlang
dem Kopfkreis des Ritzels 13 und überdeckt hier
gleichzeitig maximal fünf Zahnköpfe und vier Zahnlücken
der Ritzelverzahnung. Die untere bzw. äußere Umfangsfläche
des Füllstücks 14 verläuft demgegenüber
entlang dem Kopfkreis der Verzahnung des Hohlrades 12,
wobei hier maximal acht Zahnköpfe und acht Zahnlücken
der Hohlradverzahnung überdeckt werden. Die beiden Enden des
Füllstücks 14 sind gerade abgeschnitten
und bilden dem Querschnitt im verjüngtem Endbereich entsprechende
plane Stirnseiten, die jeweils bezogen auf die Drehachse des Ritzels 13 radial
verlaufen.
-
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
Saugbereich 15 zum Druckbereich 16 der Innenzahnradpumpe 10 gefördert. Der
Saugbereich 15 befindet sich demnach bei der eingezeichneten
Drehrichtung in der linken Hälfte des Pumpengehäuses 11 und
der Druckbereich 16 in der rechten Hälfte des
Pumpengehäuses 11. Der Druckanstieg in der Hydraulikflüssigkeit
entsteht bei gemeinsamer Rotation von Hohlrad 12 und Ritzel 13 durch
Vereinigung der von deren Verzahnungen in den Zahnlücken
mitgenommenen Fluidvolumina am verjüngten Ende des Füllstücks 14 am
Druckbereich 16 in Verbindung mit der Überströmsperrung
zwischen Saugbereich 15 und Druckbereich 16 der
Innenzahnradpumpe 10 mittels des Füllstücks 14.
Somit ist die 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.
-
Wie
in der Zeichnung nur mittelbar zu erkennen ist, liegen die Umfangsflächen
des Füllstücks 14 nicht an allen überdeckten
Zahnköpfen von Hohlradverzahnung bzw. Ritzelverzahnung
an, sondern das Füllstück 14 ist mit
geringfügigem Umfangsspiel in den sichelförmigen
Pumpenraum eingefügt. Das Umfangsspiel des Füllstücks 14 wird
durch eine Drehbelastung des Füllstücks 14 im
Uhrzeigergegensinn um die Schwenkachse 17 gezielt in einem
Anlagebereich 18 an seiner Innenumfangsfläche
und in einem Anlagebereich 19 an der Außenumfangsfläche
aufgehoben. Beide Anlagebereiche 18 und 19 befinden
sich an entgegengesetzten Endbereichen des Füllstücks 14,
da es aufgrund der Drehbelastung zum Verzwängen bzw. Verkanten
des Füllstücks 14 zwischen den Verzahnungen
von Hohlrad 12 und Ritzel 13 kommt.
-
Werden
die Spielbehaftung des Füllstücks 14,
seine Dimensionierung und seine Anordnung z. B. in gezeigter Weise
aufeinander abgestimmt, so ergibt sich die zur Eliminierung des
Umfangsspiels des Füllstücks 14 notwendige
Drehkraft aus den Druckverhältnissen im Inneren der Innenzahnradpumpe 10 selbst.
Dann wirken nämlich beim Betrieb der Innenzahnradpumpe 10 zwischen
der äußeren Umfangsfläche des Füllstücks 14 und
der gegenüberliegenden Verzahnung des Hohlrads 12 ein
Druckfeld DH und gleichzeitig zwischen der inneren Umfangsfläche des
Füllstücks 14 ein Druckfeld DR.
-
Wie
am eingezeichneten Druckfeld DH zu erkennen ist, bleibt der durch
variierende Pfeillängen gezeigte Druckverlauf zwischen
Druckbereich 16 und Saugbereich 15 zunächst
bis zur Schwenkachse 17 des Füllstücks 14 annähernd
konstant und fällt danach zum Ende des Füllstücks 14 am
Saugbereich 15 steil ab. Dieser Druckverlauf ergibt sich
daraus, dass die Spielbehaftung im Uhrzeigersinn abnimmt, aber die
Abdichtung zu den Zahnköpfen erst in der linken Hälfte
des Füllstücks 14 hinreichend wirksam ist,
um die Leckverluste auf ein Minimum begrenzen zu können.
Aufgrund dieses Druckverlaufes wird das Füllstück 14 mit
erheblicher Kraft im Uhrzeigergegensinn um die Schwenkach se 17 drehbelastet,
wodurch die Innenumfangsfläche des Füllstücks 14 im
Anlagebereich 18 mit hoher Kraft auf den entsprechenden Zahnkopf
des Ritzels 13 gedrückt wird.
-
Dieser
Andruckkraft wirkt ein Druckfeld DR entgegen, das zwischen Verzahnung
des Ritzels 13 und Füllstück 14 aufbaut
wird. Wegen der großen Andrückkraft ist die Abdichtung
zwischen Füllstück 14 und Ritzelverzahnung
unmittelbar an den Druckbereich 16 angrenzend hinreichend
wirksam, um die Leckverluste auf ein Minimum begrenzen zu können. Somit
ergibt sich im Druckfeld DR von Anfang an ein steiler Druckabfall,
der im Mittelbereich des Füllstückes 14 nahezu
auf das Druckniveau des Saugbereichs 15 reduziert ist.
-
Da
die Innenzahnradpumpe 10 bezogen auf ihre senkrechte Mittelebene
spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, lässt sich die Pumprichtung
ohne bauliche Änderung durch Umschalten der Drehrichtung
des Antriebsmotors umkehren. Hierbei käme es zu einem entsprechenden
Wechsel der Druckfelder DR und DH, verbunden mit einer Drehbelastung
des Füllstücks 14 im Uhrzeigersinn und
einer Verlagerung der spielfreien Anlagebereiche 18 und 19 zum entgegengesetzten
Endbereich der Umfangsfläche des Füllstücks 14.
Falls an den Anlagebereichen 18 und 19 aufgrund
der hohen Reibungskräfte übermäßige
Abnutzung auftritt, kann die Innenzahnradpumpe 10 somit
nach Drehrichtungsänderung ohne Austausch von Teilen problemlos
weiterbetrieben werden.
-
Da
die beschriebene Innenzahnradpumpe 10 nur wenige Bauteile
und ein einfaches Füllstück 14 aufweist,
zeichnet sie sich durch eine insgesamt einfache und robuste Bauweise
aus. Somit lässt sie sich kostengünstig fertigen
und lässt bei guten Pumpenkennwerten eine hohe Lebensdauer
erwarten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-