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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sichelzahnradpumpe, insbesondere
zur Schmierölversorgung einer Brennkraftmaschine, mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Sichelzahnradpumpe ist z. Bsp. aus der
DE 43 41 356 A1 bekannt
und umfasst ein Außenrad, das eine Innenverzahnung aufweist, sowie
ein Innenrad, das eine Außenverzahnung aufweist und exzentrisch
zum Außenrad angeordnet ist. Ferner ist eine Sichel vorgesehen,
die in einem durch die Exzentrizität der Räder,
an einer einem Kämmeingriff der Räder gegenüberliegenden
Seite gebildeten Spalt angeordnet ist. Die Sichel ist so geformt,
dass die Zähne der Innenverzahnung an der Außenseite der
Sichel abgleiten, während die Zähne der Außenverzahnung
an der Innenseite der Sichel abgleiten. Dabei sind bei der bekannten
Sichelzahnradpumpe die Innenseite und die Außenseite der
Sichel durch kreisbogenförmige Konturen gebildet.
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Hohe
Druckdifferenzen zwischen Saugseite und Druckseite können
im Betrieb der Sichelzahnradpumpe dazu führen, dass sich
das Innenrad relativ zum Außenrad und relativ zur Sichel
im Rahmen des Spiels seiner Lagerung bewegt. Dadurch können die
Zähne der Außenverzahnung am Eingang der Sichel
anstoßen, wodurch es zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung
kommen kann.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für eine Sichelzahnradpumpe der eingangs genannten Art
eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere
durch eine reduzierte Geräuschentwicklung bei hoher Förderleistung
bzw. Effizienz auszeichnet.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Innenkontur an
der Innenseite der Sichel in einen kreisbogenförmigen vorderen
Innenkonturbereich und einen kreisbogenförmigen hinteren
Innenkonturbereich zu unterteilen, die unterschiedlich große
Radien besitzen. Vorzugsweise ist der saugseitige vordere Radius
größer als der druckseitige hintere Radius. Durch
diese Bauweise wird erreicht, dass zwischen den Zähnen
der Außenverzahnung und der Sichel im vorderen Innenkonturbereich ein
größeres Radialspiel herrscht als im hinteren
Innenkonturbereich. Dieses vergrößerte Radialspiel
im vorderen Innenkonturbereich reicht dazu aus, eine Kontaktierung
der Außenverzahnung mit der Sichel zu vermeiden. Gleichzeitig
wird im hinteren Innenkonturbereich ein vergleichsweise enges Radialspiel realisiert,
was zur Realisierung einer hohen Effizienz für die Sichelzahnradpumpe
vorteilhaft ist. Die beiden Radien bzw. die beiden kreisbogenförmigen
Innenkonturbereiche gehen zwangsläufig so ineinander über,
dass auch am Übergang eine Kontaktierung zwischen der Außenverzahnung
des Innenrads und der Innenseite der Sichel vermieden werden kann.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausführungsform geht der hintere Radius,
der die Kreisbogenform des hinteren Innenkonturbereichs bestimmt, von
einem hinteren Mittelpunkt aus, der auf der Drehachse des Innenrads
steht. Mit anderen Worten, der hintere Innenkonturbereich ist koaxial
zur Drehachse des Innenrads angeordnet. Hierdurch kann insbesondere über
mehrere Zähne hinweg ein vergleichsweise enges Spiel zwischen
den Zähnen der Außenverzahnung und der Innenseite
der Sichel im hinteren Innenkonturbereich realisiert werden, was
hier zu einem erhöhten Wirkungsgrad für die Sichelzahnradpumpe
führt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform kann der vordere Radius,
der die Kreisbogenform des vorderen Innenkonturbereichs definiert,
von einem vorderen Mittelpunkt ausgehen, der exzentrisch zu einem hinteren
Mittelpunkt angeordnet ist, von dem der hintere Radius, der die
Kreisbogenform des hinteren Innenkonturbereichs definiert, ausgeht.
Durch die Exzentrizität der beiden kreisbogenförmigen
Innenkonturbereiche kann bspw. erreicht werden, dass sich ein vorderes
Spiel, das zwischen dem vorderen Radius bzw. dem vorderen Innenkonturbereich
und einem Außenkreisradius des Innenrads herrscht, in der Drehrichtung
des Innenrads, also in Richtung zum hinteren Innenkonturbereich
konvergiert bzw. abnimmt. Somit können Leckagen reduziert
und die Effektivität der Sichelzahnradpumpe erhöht
werden.
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Entsprechend
einer anderen, besonders vorteilhaften Ausführungsform
können die beiden Innenkonturbereiche tangential ineinander übergehen. Dies
kann bspw. durch eine entsprechende Positionierung der Mittelpunkte,
von denen die einzelnen Radien ausgehen, realisiert werden. Ein
tangentialer Übergang reduziert die Leckage und verbessert
den Wirkungsgrad der Sichelzahnradpumpe.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, den vorderen Radius entsprechend
einer besonderen Ausführungsform um einen Wert größer
als den hinteren Radius auszubilden, wobei besagter Wert maximal
zehn Mal oder maximal fünf Mal größer
ist als ein hinteres Spiel, das zwischen dem hinteren Radius bzw.
dem hinteren Innenkonturbereich und einem Außenkreisradius
des Innenrads herrscht. Bei einer derartigen Abstimmung der beiden
Radien aufeinander kann einerseits eine geräuschbildende Kontaktierung
zwischen Innenrad und Sichel vermieden werden, während
andererseits ein hoher Pumpenwirkungsgrad realisierbar ist.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt einen stark vereinfachten
Querschnitt einer Sichelzahnradpumpe.
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Entsprechend 1 umfasst
eine Sichelzahnradpumpe 1, die bspw. zur Schmierölversorgung
einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann, ein Gehäuse 2,
in dem ein Außenrad 3 und ein Innenrad 4 drehbar
angeordnet sind. Eine Drehachse 5 des Außenrads 3 sowie
eine Drehachse 6 des Innenrads 4 stehen dabei
senkrecht auf der Zeichnungsebene bzw. Schnittebene. Erkennbar sind
die beiden Räder 3, 4 exzentrisch zueinander
angeordnet.
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Das
Außenrad 3 besitzt eine Innenverzahnung 7,
bestehend aus mehreren Innenzähnen 8. Im Unterschied
dazu weist das Innenrad 4 eine Außenverzahnung 9 auf,
die aus mehreren Außenzähnen 10 besteht.
Die beiden Verzahnungen 7, 9 wirken in einem Kämmeingriff 11 zur Übertragung
von Drehmomenten miteinander zusammen.
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Ein
Abstand zwischen den beiden Drehachsen 5, 6 definiert
eine Exzentrizität 12. Aufgrund dieser Exzentrizität 12 ist
radial zwischen den Rädern 3, 4 gegenüber
dem Kämmeingriff 11 ein Spalt 38 ausgebildet,
in dem eine Sichel 13 angeordnet ist. Die Sichel 13 ist
bezüglich des Gehäuses 2 ortsfest angeordnet.
Zweckmäßig ist das Innenrad 4 über
einen Nabenbereich 14 angetrieben, wodurch es das Außenrad 3 antreibt.
Die Drehrichtung der Räder 3, 4, welche
die Räder 3, 4 im Pumpbetrieb der Pumpe 1 aufweisen,
ist in 1 durch Pfeile angedeutet und mit 15 bzw. 16 bezeichnet.
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Die
Sichel 13 besitzt eine dem Innenrad 4 zugewandte
Innenseite 17 sowie eine dem Außenrad 3 zugewandte
Außenseite 18. An der Innenseite 17 sind
bezüglich der Drehrichtung 15 des Innenrads 4 hintereinander
zwei Innenkonturbereiche 19, 20 ausgebildet. Dabei
handelt es sich um einen bezüglich der Drehrichtung 15 vorderen
Innenkonturbereich 19 und einen diesem nachfolgenden, bezüglich
der Drehrichtung 15 hinteren Innenkonturbereich 20.
Der vordere Innenkonturbereich 19 ist einer Saugseite der
Pumpe 1 zugeordnet. Diese enthält im Gehäuse 2 zwischen
den Rädern 3, 4 einen Saugraum 21,
der mit einem Sauganschluss 22 des Gehäuses 2 kommuniziert.
Im Unterschied dazu ist der hintere Innenkonturbereich 20 einer
Druckseite der Pumpe 1 zugeordnet. Diese Druckseite umfasst
im Gehäuse 2 zwischen den Rädern 3, 4 einen
Druckraum 23, der mit einem Druckanschluss 24 des
Gehäuses 2 kommunizierend verbunden ist.
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Beide
Innenkonturbereiche 19, 20 der Sichel 13 sind
kreisbogenförmig ausgestaltet, und zwar in dem hier dargestellten,
quer zu den Drehachsen 5, 6 der Räder 3, 4 geschnittenen
Profil. Dabei besitzt der vordere Innenkonturbereich 19 einen
vorderen Radius 25, während der hintere Innenkonturbereich 20 einen
hinteren Radius 26 aufweist. Zur Vermeidung einer Kontaktierung
des Innenrads 4 mit der Sichel 13 auch bei hohen
Differenzdrücken zwischen Druckraum 23 und Saugraum 21 ist
der vordere Radius 25 größer gewählt
als der hintere Radius 26.
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Der
hintere Radius 26 geht von einem hinteren Mittelpunkt 27 aus,
der auf der Drehachse 6 des Innenrads 4 steht.
Hierdurch ist gewährleistet, dass die Außenzähne 10 der
Außenverzahnung 9 im hinteren Innenkonturbereich 20 im
Wesentlichen einen konstanten Abstand zur Innenseite 17 der
Sichel 13 aufweisen. Beispielsweise kann dadurch ein besonders
enges hinteres Radialspiel 28 zwischen dem hinteren Radius 26 bzw.
dem hinteren Innenkonturbereich 20 und den Außenzähnen 10 bzw.
einem Außenkreisradius 29 eingestellt werden.
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Der
vordere Radius 25 geht von einem vorderen Mittelpunkt 30 aus.
Dieser ist in der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform
exzentrisch zum hinteren Mittelpunkt 27 angeordnet. Das
heißt, die beiden Mittelpunkte 27, 30 sind
in einer quer zu den Drehachsen 5, 6 der Räder 3, 4 verlaufenden
Ebene voneinander beabstandet. Dieser Abstand bzw. diese Exzentrizität
ist in 1 mit 31 bezeichnet. Durch diese Exzentrizität 31 kann
ein Übergang 32, in dem der vordere Innenkonturbereich 19 in
den hinteren Innenkonturbereich 20 übergeht, gestaltet
werden. In 1 ist dieser Übergang 32 durch
einen Kreis markiert.
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In
der hier gezeigten Ausführungsform liegen die beiden Mittelpunkte 27, 30 der
beiden Radien 25, 26, welche die beiden kreisbogenförmigen
Innenkonturbereiche 19, 20 aufspannen, auf einer
Geraden 33, die in 1 mit unterbrochener
Linie dargestellt ist. Besagte Gerade 33 verläuft
senkrecht zu den Drehachsen 5, 6 der Räder 3, 4 und
erstreckt sich durch besagten Übergang 32. Durch
diese Formgebung wird der Übergang 32 im gezeigten
Querschnitt punktförmig bzw. auf einen Übergangspunkt
reduziert, der zu beiden Innenkonturbereichen 19, 20 gehört
und dadurch einen unmittelbaren tangentialen Übergang zwischen
den beiden Konturen 19, 20 ermöglicht.
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Entsprechend
der hier gezeigten vorteilhaften Ausführungsform besitzt
der hintere Innenkonturbereich 20 in der Drehrichtung 15, 16 der
Räder 3, 4 eine Bogenlänge 34,
die in 1 durch eine geschweifte Klammer angedeutet ist.
Diese Bogenlänge 34 ist dabei mindestens so groß wie
ein ebenfalls durch eine geschweifte Klammer angedeuteter Bogenabstand 35 zwischen
zwei aufeinander folgenden Zähnen 10 der Außenverzahnung 9.
Hierdurch wird sichergestellt, dass im hinteren Innenkonturbereich 20 zwischen
zwei aufeinander folgenden Außenzähnen 10 ein
Volumen 36 zwischen dem Innenrad 4 und der Sichel 13 vollständig
eingeschlossen und zur Druckseite transportiert werden kann. Im
Beispiel ist die Bogenlänge 34 etwa 50% größer
als der Bogenabstand 35.
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Um
die Außenzähne 10 des Innenrads 4 möglichst
effektiv gegenüber dem hinteren Innenkonturbereich 20 der
Sichel 13 abdichten zu können, ist der hintere
Radius 26 abgesehen vom hinteren Radialspiel 28 gleich
groß wie der Außenkreisradius 29 des
Innenrads 4. Da dieses hintere Radialspiel 28 im Vergleich
zum hinteren Radius 26 klein ist, ist der hintere Radius 26 im
Wesentlichen gleich groß wie der Außenkreisradius 29.
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Der
vordere Radius 25 ist wie erwähnt größer
als der hintere Radius 26. Dabei ist der vordere Radius 25 um
einen Betrag oder um einen Wert ΔR größer
als der hintere Radius 26. Dementsprechend gilt Rv = Rh + ΔR,
wobei Rv der vordere Radius 25 ist, während
Rh der hintere Radius 26 ist. Besagter
Wert ΔR entspricht dabei der Differenz der beiden Radien 25, 26,
also gilt ΔR = Rv–Rh. Besagter Wert bzw. besagte Differenz ΔR
ist entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform maximal
zehn Mal größer oder vorzugsweise maximal fünf
Mal größer als das hintere Spiel 28.
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Im
gezeigten Beispiel erstreckt sich der vordere Innenkonturbereich
in den Drehrichtungen 15, 16 der Räder 3, 4 über
eine Bogenlänge 36, die im Beispiel etwa gleich
groß ist wie die Bogenlänge 34 des hinteren
Innenkonturbereichs. Es ist klar, dass die beiden Innenkonturbereiche 19, 20 hinsichtlich
ihrer Bogenlängen 34, 36 auch ungleich
ausgestaltet sein können. Insbesondere kann der vordere
Innenkonturbereich 19 kürzer ausgestaltet sein
als der hintere Innenkonturbereich 20.
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Die
Außenseite 18 der Sichel 13 besitzt eine kreisbogenförmige
Außenkontur, die sich über die gesamte Länge
bzw. über den gesamten Bogen der Sichel 13 erstreckt.
Der zugehörige, hier nicht eingetragene Radius ist dabei
koaxial zur Drehachse 5 des Außenrads 3 angeordnet,
das heißt, besagter Radius der Außenkontur der
Sichel 13 geht von einem auf der Drehachse 5 des
Außenrads 3 liegenden Mittelpunkt aus. Dabei ist
besagter Radius im Wesentlichen etwa gleich groß wie ein
Innenkreisradius 37 des Außenrads bzw. der Innenverzahnung 7.
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Im
hier gezeigten Beispiel besitzt die Innenverzahnung 7 mehr
Innenzähne 8 als die Außenverzahnung 9 Außenzähne 10 aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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