-
Die
Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Innenzahnradpumpen
finden als Ölpumpen für Brennkraftmaschinen weite
Verbreitung. Sie umfassen allgemein einen in einem Pumpengehäuse angeordneten
angetriebenen Innenrotor mit einer Außenverzahnung, die
mit einer Innenverzahnung eines in Bezug zum Innenrotor exzentrisch
im Gehäuse angeordneten, vom Innenrotor mitgeschleppten Außenrotors
kämmt. Innenzahnradpumpen können als Zahnringpumpen
oder als Sichelpumpen ausgebildet sein. Bei den Zahnringpumpen ist
die Geometrie der beiden Verzahnungen so aneinander angepasst, dass
die Zähne der Außenverzahnung in deren Umfangsrichtung
zum Teil gegen Zahnlücken und zum Teil gegen Zähne
der Innenverzahnung dichtend anliegen, wodurch zwischen den beiden Verzahnungen
gegeneinander abgedichtete Zwischenräume gebildet werden,
deren Volumen in Drehrichtung der Rotoren druckseitig abnimmt und saugseitig
zunimmt. Bei Sichelpumpen ist zur gegenseitigen Abdichtung der Zähne
der Innenverzahnung und der Außenverzahnung ein sichelförmiger
Körper in einem von der Innen- und Außenverzahnung
begrenzten Verdrängungsraum im Inneren des Pumpengehäuses
angeordnet.
-
Bei
den meisten Innenzahnradpumpen steigt das Fördervolumen,
d. h. von der Pumpe geförderte Volumenstrom, in einem festen
Verhältnis zur Drehzahl der Zahnradpumpe und kann nicht
durch einen äußeren Eingriff gesteuert verändert
werden. Allerdings sind auch bereits Innenzahnradpumpen in Form
von Zahnringpumpen und Sichelpumpen mit einem veränderlichen
Fördervolumen bekannt, wie beispielsweise aus der
EP 0 712 997 B1 .
Bei den dort offenbarten Innenzahnradpumpen wird zur Veränderung
des Fördervolumens aus einer Auslassöffnung eine
geregelte Menge des zu fördernden Mediums zu einer Einlassöffnung
zurückgeführt, während gleichzeitig die
Zufuhr des Mediums aus einem Einlasskanal zur Einlassöffnung
unterbrochen wird. Diese Art der Veränderung des Fördervolumens
führt jedoch zu einer starken Abnahme des Wirkungsgrades
der Zahnradpumpe. Entsprechendes gilt auch bei anderen Innenzahnradpumpen
mit variablem Fördervolumen, bei denen der Ansaugvolumenstrom
gedrosselt wird.
-
Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Innenzahnradpumpe
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich
das Fördervolumen der Pumpe ohne eine wesentliche Verschlechterung
des Wirkungsgrades gesteuert verändern lässt.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Fördervolumen durch Veränderung der Überdeckung
der Innenverzahnung und der Außenverzahnung veränderbar
ist.
-
Da
das Fördervolumen einer Innenzahnradpumpe durch die Überdeckung
der Außenverzahnung des Innenrotors und der Innenverzahnung
des Außenrotors bestimmt wird, kann es durch eine Veränderung
der Überdeckung gesteuert verändert werden, ohne
dass dadurch der Wirkungsgrad der Innenzahnradpumpe wesentlich beeinträchtigt
wird.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Fördervolumen
stufenlos veränderbar ist, vorzugsweise durch stufenlose
axiale Verschiebung eines Steuerelements, die eine axiale Verschiebung
des Außenrotors in Bezug zum Innenrotor und damit eine
stufenlose Veränderung der Überdeckung der beiden
Verzahnungen mit sich bringt.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Steuerelement
drehfest mit dem Gehäuse verbunden und in Bezug zum Gehäuse
axial verschiebbar ist, wobei es vorzugsweise von einem ringförmigen
Steuerkolben gebildet wird. Zur Verschiebung des Steuerkolbens dient
zweckmäßig ein unter Druck stehendes Medium, im
Falle einer als Ölpumpe einer Brennkraftmaschine ausgebildeten Innenzahnradpumpe
zweckmäßig unter Druck stehendes Motor- oder Schmieröl.
-
Um
eine Undichtigkeit des von der Außenverzahnung des Innenrotors
und der Innenverzahnung des Außenrotors begrenzten Verdrängungsraums
infolge der axialen Verschiebung des Steuerkolbens zu vermeiden,
weist die Zahnradpumpe vorzugsweise eine mit dem Innenrotor mitrotierende
erste Formhülse auf, die zusammen mit dem Steuerelement
in Bezug zum Innenrotor verschiebbar ist und mindesten entlang eines
Teils ihres inneren Umfangs dichtend gegen die Außenverzahnung
des Innenrotors anliegt, zweckmäßig im Bereich
von Zahnköpfen der Außenverzahnung.
-
Um
eine Undichtigkeit des Verdrängungsraums infolge der axialen
Verschiebung des mit dem Steuerkolben mitbewegten Außenrotors
in Bezug zum Innenrotor zu vermeiden, weist die Zahnradpumpe vorzugsweise
weiter eine mit dem Außenrotor rotierende zweite Formhülse
auf, die zweckmäßig axial unverschiebbar ist und
entlang ihres äußeren Um fangs dichtend gegen die
Innenverzahnung des Außenrotors anliegt, während
sich dieser axial verschiebt.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Pumpengehäuse
an seinen beiden entgegengesetzten Stirnenden jeweils durch einen
Gehäusedeckel verschlossen, der vorteilhaft eine Lauffläche
für die benachbarte Formhülse aufweist.
-
Bei
einem der beiden Gehäusedeckel bildet die zylindrische
Lauffläche für die Formhülse gleichzeitig
eine Führungsfläche, auf der sich die in Bezug zum
Gehäusedeckel und zum Steuerkolben drehbare Formhülse
in axialer Richtung verschieben lässt. Das Gehäuse
ist zweckmäßig mit einer zylindrischen Führungsfläche
für den äußeren Umfang des Steuerkolben
versehen, der dadurch zwischen dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel
geführt ist.
-
Vorteilhafterweise
ist das Gehäuse an einem oder beiden Stirnenden mit mindestens
einer Einlassöffnung und mindestens einer Auslassöffnung
versehen, durch die das zu fördernde Medium in axialer Richtung
in den Verdrängungsraum der Pumpe zugeführt bzw.
aus dem Verdrängungsraum abgeführt werden kann.
Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung können
dabei grundsätzlich von axialen Durchlässen in
den Gehäusedeckeln oder von axialen Durchlässen
zwischen dem äußeren Umfang der Gehäusedeckel
und dem inneren Umfang der benachbarten Formhülse gebildet
werden.
-
Bevorzugt
ist im Bereich von jedem der beiden Gehäusedeckel eine
Einlassöffnung und eine Auslassöffnung vorgesehen
die sich in Bezug zur Drehachse der Antriebswelle im Wesentlichen
diametral gegenüberliegen und vorzugsweise einen sichelförmigen
Querschnitt besitzen. Alternativ ist es jedoch auch möglich,
entweder nur einen der beiden Gehäusedeckel mit einer Einlassöffnung
und einer Auslassöffnung oder einen der beiden Gehäusedeckel
mit einer Einlassöffnung und den anderen der beiden Gehäusedeckel
mit einer Auslassöffnung zu versehen.
-
Vorzugsweise
wird der Innenrotor von einer Antriebswelle angetrieben, die sich
durch abgedichtete Durchgangsbohrungen in der beiden Gehäusedeckeln
hindurch erstreckt und in diesen gelagert ist, wobei sie im Inneren
des Gehäuses drehfest mit dem Innenrotor verbunden ist.
Der von der Antriebswelle angetriebene Innenrotor schleppt den Außenrotor mit,
der im Bereich der Überdeckung seiner Innenverzahnung mit
der Außenverzahnung des Innenrotors im Zahneingriff mit
dem letzteren steht.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
-
1:
eine perspektivische Längsschnittansicht einer erfindungsgemäßen
Innenzahnradpumpe bei minimaler Fördermenge;
-
2:
eine perspektivische Längsschnittansicht entsprechend 1,
jedoch bei maximaler Fördermenge;
-
3:
eine andere perspektivische Längsschnittansicht der Innenzahnradpumpe
bei minimaler Fördermenge und ohne einen von zwei Gehäusedeckeln;
-
4:
eine perspektivische Längsschnittansicht entsprechend 3,
jedoch bei maximaler Fördermenge;
-
5:
eine Stirnseitenansicht der Zahnradpumpe bei Betrachtung in Richtung
der Pfeile V in 1 und 2.
-
Die
in der Zeichnung dargestellte, als Zahnringpumpe ausgebildete Innenzahnradpumpe 1 wird als Ölpumpe
zur Förderung von Motor- oder Schmieröl von Brennkraftmaschinen
eingesetzt. Um eine Anpassung der von der Innenzahnradpumpe 1 geförderten Ölmenge
an die bei unterschiedlichen Lastzuständen der Brennkraftmaschine
jeweils benötigte Ölmenge zu ermöglichen,
kann der von der Innenzahnradpumpe 1 geförderte
Volumenstrom, d. h. das Fördervolumen der Innenzahnradpumpe 1,
unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw.
einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Antriebswelle 2 der
Innenzahnradpumpe 1 gesteuert stufenlos verändert
werden.
-
Zu
diesem Zweck umfasst die Innenzahnradpumpe 1 ein an seinen
entgegengesetzten Stirnenden jeweils durch einen Gehäusedeckel 3, 4 verschlossenes
allgemein hohlzylindrisches Gehäuse 5, einen durch
die Antriebswelle 2 angetriebenen Innenrotor 6,
der an seinem äußeren Umfang mit einer Außenverzahnung 7 versehen
ist, einen drehbar und axial verschiebbar im Gehäuse 5 gelagerten
ringförmigen Außenrotor 8, der an seinem
inneren Umfang mit einer mit der Außenverzahnung 7 des
Innenrotors 6 kämmenden Innenverzahnung 9 versehen
ist, eine erste Formhülse 10, die sich zusammen
mit dem Innenrotor 6 und der Antriebswelle 2 in
Bezug zum Gehäuse 5 um eine von der Mittelachse
der Antriebswelle 2 gebildete erste Drehachse 11 dreht,
eine im axialen Abstand von der ersten Formhülse 10 angeordnete
zweite Formhülse 12, die sich zusam men mit dem
Außenrotor 8 in Bezug zum Gehäuse 5 um
eine parallel zur ersten Drehachse 11 versetzte zweite Drehachse
dreht, sowie einen zwischen dem Gehäuse 5 und
dem Gehäusedeckel 3 angeordneten Steuerkolben 13,
der sich zusammen mit dem Außenrotor 8 in Bezug
zum Gehäuse 5 und in Bezug zum Innenrotor 6 in
axialer Richtung der Drehachse 11 gesteuert verschieben
lässt.
-
Durch
die gesteuerte axiale Verschiebung des Steuerkolbens 13 und
des Außenrotors 8 in Bezug zum Innenrotor 6 kann
die Überdeckung der zwischen der Innenverzahnung 9 des
Außenrotors 8 und der Außenverzahnung 7 des
Innenrotors 6 und damit auch das von der Überdeckung
abhängige Fördervolumen der Innenzahnradpumpe 1 stufenlos
zwischen einem in 1 und 3 dargestellten
minimalen Fördervolumen und einem in 2 und 4 dargestellten
maximalen Fördervolumen verändert werden.
-
Wie
am besten in den 1 und 2 dargestellt,
ist der drehfest mit der Antriebswelle 2 verbundene Innenrotor 6 zwischen
zwei einander gegenüberliegenden inneren Stirnflächen 14, 15 der beiden
Gehäusedeckel 3 und 4 angeordnet, in
denen die Antriebswelle 2 in Drehlagern (nicht dargestellt) gelagert
ist, wobei sind entlang ihres äußeren Umfangs
durch Dichtungen (nicht dargestellt) gegenüber den Gehäusedeckeln 3, 4 abgedichtet
ist.
-
Die
zur Drehachse 11 der Antriebswelle 2 konzentrische
Außenverzahnung 7 des Innenrotors 6 und
die zur Drehachse 11 der Antriebswelle 2 exzentrische
Innenverzahnung 9 des Außenrotors 8 sind wie
bei herkömmlichen Zahnringpumpen als Trochoidenverzahnungen
ausgebildet, wobei die Anzahl der Zähne und Zahnlücken
der Innenverzahnung 9 die Anzahl der Zähne und
Zahnlücken der Außenverzahnung 7 um eins übersteigt.
Dadurch treten während aufeinanderfolgender Umdrehungen
des von der Antriebswelle 2 angetriebenen Innenrotors 6 die
Zähne von dessen Außenverzahnung 7 sukzessive
mit benachbarten Zahnlücken der Innenverzahnung 9 des Außenrotors 8 in
Zahneingriff, und umgekehrt, wodurch der Außenrotor 8 vom
Innenrotor 6 mitgeschleppt wird. Zudem ist die Geometrie
der beiden Verzahnungen 7, 9 so aneinander angepasst,
dass die Zähne der Außenverzahnung 7 in
Umfangsrichtung der Rotoren 6, 8 zum Teil gegen
Zahnlücken und zum Teil gegen Zähne der Innenverzahnung 9 zur dichtenden
Anlage kommen. Dadurch werden zwischen den beiden Verzahnungen 7, 9 in
Umfangsrichtung der Rotoren 6, 8 gegeneinander
abgedichtete Zwischenräume gebildet, deren Volumina in
Drehrichtung der Rotoren 6, 8 saugseitig, d. h.
zu zwei axial entgegengesetzten Einlassöffnungen 16 hin
zunehmen und druckseitig, d. h. zu zwei axial entgegengesetzten
Auslassöffnungen 17 hin abnehmen. Durch die beiden
Einlassöffnungen 16 kann das von der Zahnradpumpe 1 zu
fördernde Medium in einen Verdrängungsraum 22 zwischen
dem Innenrotor 6 und dem Außenrotor 8 zugeführt
werden, aus dem es nach einer Druckerhöhung infolge der
in Drehrichtung der Rotoren 6, 8 abnehmenden Volumina
der gegeneinander abgedichteten Zwischenräume durch die
beiden Auslassöffnungen 17 ausgestoßen
wird.
-
Die
beiden Gehäusedeckel 3, 4 sind drehfest mit
dem Gehäuse 5 verbunden, wobei der in den 1 bis 4 links
dargestellte, zur Drehachse 11 der Antriebswelle 2 und
des Innenrotors 6 allgemein koaxiale und mit einer Durchgangsbohrung 18 für
die Antriebswelle 2 versehene Gehäusedeckel 3 einen hohlzylindrischen
Schaftteil 19 und einen auswärts vom Steuerkolben 13 und
von der Formhülse 10 radial über den
Schaftteil 19 überstehenden scheibenförmigen
Flanschteil 20 aufweist. Der Schaftteil 19 ist an
seinem äußeren Umfang mit einer zylindrischen Lauf-
und Führungsfläche 21 für die
erste Formhülse 10 versehen, die zwischen dem
Schaftteil 19 und dem zylindrischen inneren Umfang des
Steuerkolbens 13 um die Drehachse 11 der Antriebswelle 2 drehbar
ist und sich bei einer axialen Verschiebung des Steuerkolbens 13 zusammen
mit diesem entlang der Lauf- und Führungsfläche 21 verschiebt.
Der Flanschteil 20 des Gehäusedeckels 3 ist
mit einer der beiden sichelförmigen Einlassöffnungen 16 (nicht sichtbar)
und mit einer der beiden sichelförmigen Auslassöffnungen 17 versehen,
die sich in Bezug zur Drehachse 11 etwa diametral gegenüberliegen.
Die andere Einlassöffnung 16 und die andere Auslassöffnung 17 sind
entgegengesetzten Stirnende des Gehäuses 5 angeordnet.
In der in 2 und 4 dargestellten
Endstellung des Steuerkolbens 13 bei maximalem Fördervolumen
bildet der Flanschteil 21 mit seiner nach innen weisenden
ebenen Stirnseite 23 eine Anschlagfläche für
eine gegenüberliegende Stirnfläche 24 des
Steuerkolbens 13 und der ersten Formhülse 10.
-
Die
erste Formhülse 10 steht in jeder Verschiebestellung
des Steuerkolbens 13 in axialer Richtung über
den Schaftteil 19 des Gehäusedeckels 3 über
und weist eine mit Ausbuchtungen 25 versehene innere Umfangsfläche 26 auf,
wie am besten in 3 und 4 dargestellt.
Die Querschnittsform der Ausbuchtungen 25 ist so an die
Querschnittsform von Zahnköpfen der Zähne der
Außenverzahnung 7 des Innenrotors 6 angepasst,
dass die erste Formhülse 10 im Bereich der Ausbuchtungen 25 dichtend
gegen die Zahnköpfe anliegt.
-
Der
Außenrotor 8 weist eine zu seiner Drehachse konzentrische
zylindrische äußere Umfangsfläche 27 auf,
die im Betrieb der Zahnradpumpe 1 auf einer komplementären
zylindrischen Innenwand 28 des Gehäuses 5 gleitet,
wenn der Außenrotor 8 vom Innen rotor 6 mitgeschleppt
wird. Der Außenrotor 8 ist in einem Ringspalt 29 zwischen
der zylindrischen Innenwand 28 des Gehäuses 5 und
dem äußeren Umfang 30 der zweiten Formhülse 12 axial
verschiebbar gelagert, so dass er sich bei einer Verschiebung des Steuerkolbens 13 zusammen
mit diesem verschiebt und sich dabei axial mehr oder weniger weit
in den Ringspalt 27 oder aus diesem heraus bewegt.
-
Wie
am besten in 5 dargestellt, weist der in
den 1 und 2 rechts dargestellte Gehäusedeckel 4 ebenfalls
eine Durchgangsbohrung 31 für die Antriebswelle 2 auf.
Der Gehäusedeckel 4 ist so geformt, dass zwischen
seinem äußeren Umfang 32 und der zur
Drehachse des Außenrotors 8 konzentrischen inneren
zylindrischen Umfangsfläche 33 der zweiten Formhülse 12 eine
der beiden sichelförmigen Einlassöffnungen 16 und
eine der beiden sichelförmigen Auslassöffnungen 17 begrenzt
wird. Dazu weist der Deckel 4 entlang seines Umfangs 32 einen einseitig überstehenden,
etwa ambossförmigen Vorsprung 34 auf, dessen von
der Antriebswelle 2 abgewandte gerundete Außenseite 35 zusammen
mit einem diametral entgegengesetzten Abschnitt 36 des Umfangs 32 eine
Lauffläche für die zylindrische innere Umfangsfläche 33 der
Formhülse 12 bildet, die in Bezug zur Drehachse 11 der
Antriebswelle 2 exzentrisch und in Bezug zur Drehachse
des Außenrotors 8 konzentrisch ist.
-
Wie
ebenfalls am besten in 5 dargestellt, weist die formschlüssig
mit dem Außenrotor 8 verbundene zweite Formhülse 12 an
ihrem äußeren Umfang eine Außenverzahnung 37 auf,
die eine zur Innenverzahnung 9 des Außenrotors 8 komplementäre Querschnittsform
besitzt und entlang ihrer Überlappung mit dem Außenrotor 8 dichtend
gegen dessen Innenverzahnung 9 anliegt, so dass zwischen
der Innenverzahnung 9 und der Außenverzahnung 37 kein Medium
entweicht, wenn der Außenrotor 8 durch Verschiebung
des Steuerkolbens 13 im Ringspalt 29 zwischen
dem Gehäuse 5 und der zweiten Formhülse 12 axial
verschoben wird.
-
Die
Verschiebung des Steuerkolbens 13 in der in 1 und 3 dargestellten
Endstellung mit minimalem Fördervolumen wird durch eine
Ringschulter 38 des Gehäuses 5 begrenzt,
gegen die der Steuerkolben 13 in der in 1 und 3 dargestellten
Endstellung anschlägt.
-
Durch
die Verschiebung des Steuerkolbens 12 wird nicht nur die Überdeckung
zwischen der Innenverzahnung 9 des Außenrotors 8 und
der Außenverzahnung 7 des Innenrotors 6 verändert,
sondern auch das Volumen des Verdrängungsraums 22,
der von der Außenverzahnung 7 des Innenrotors 6,
der Innenverzahnung 9 des Außenrotors 8,
den inneren Stirnflächen 14, 15 der beiden
Gehäusedeckel 3, 4 sowie inneren Stirnflächen
des Steuerkolbens 13 und der beiden Formhülsen 10, 12 begrenzt
wird.
-
- 1
- Innenzahnradpumpe
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Gehäusedeckel
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Gehäuse
- 6
- Innenrotor
- 7
- Außenverzahnung
Innenrotor
- 8
- Außenrotor
- 9
- Innenverzahnung
Außenrotor
- 10
- erste
Formhülse
- 11
- Drehachse
Antriebswelle
- 12
- zweite
Formhülse
- 13
- Steuerkolben
- 14
- Stirnfläche
Gehäusedeckel 3
- 15
- Stirnfläche
Gehäusedeckel 4
- 16
- Einlassöffnungen
- 17
- Auslassöffnungen
- 18
- Durchgangsbohrung
Gehäusedeckel 3
- 19
- Schaftteil
Gehäusedeckel 3
- 20
- Flanschteil
Gehäusedeckel 3
- 21
- Lauf-
und Führungsfläche
- 22
- Verdrängungsraum
- 23
- Stirnfläche
Gehäusedeckel 3
- 24
- Stirnfläche
Steuerkolben 13 und Formhülse 10
- 25
- Ausbuchtung
Formhülse 10
- 26
- innerer
Umfang Formhülse 10
- 27
- äußerer
Umfang Außenrotor
- 28
- Innenwand
Gehäuse
- 29
- Ringspalt
- 30
- äußerer
Umfang Formhülse 12
- 31
- Durchgangsbohrung
Gehäusedeckel 4
- 32
- äußerer
Umfang Gehäusedeckel 4
- 33
- innerer
Umfang Formhülse 12
- 34
- Vorsprung
- 35
- Außenseite
Vorsprung
- 36
- Abschnitt
des Umfangs 32
- 37
- Außenverzahnung
Formhülse 12
- 38
- Ringschulter
des Gehäuses 5
-
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
-