DE102010038284A1

DE102010038284A1 - Innenzahnradpumpe

Info

Publication number: DE102010038284A1
Application number: DE201010038284
Authority: DE
Inventors: Stephan Brussa; Alfons Britten
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Eine Innenzahnradpumpe für ein Getriebe umfasst ein außenverzahntes Zahnrad (11), welches drehfest auf einer um eine Mittelachse (M) eines Pumpengehäuses (110) drehbaren Welle (12) angeordnet ist, und ein sichelförmiges Füllstück (113), welches das Zahnrad (11) teilweise umfassend fest mit dem Pumpengehäuse (110) verbunden ist und eine dem Zahnrad (11) zugewandte kreisbogenförmige konkave Sichelkontur (K_10) aufweist. Die Sichelkontur (K_10) ist durch genau einen Sichelradius (R_K10) definiert. Aufgrund einer Verschiebung des Zahnrades (11) durch eine im Betrieb auf dieses wirkende Radialkraft (F_r) ist eine Drehachse des Zahnrads (11) nicht konzentrisch mit der Mittelachse (M) des Pumpengehäuses. Hierbei ist die Lage eines Zentrums (Z_K10) des Sichelradius (R_K10) der kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur (K_10) exzentrisch zur Lage der Mittelachse (M) des Pumpengehäuses (110) gewählt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Innenzahnradpumpen zum Fördern eines flüssigen Betriebsmediums und zur Erzeugung eines Druckes in dem Betriebsmedium sind aus der Hydraulik bekannt. Es wird hierbei zwischen Innenzahnradpumpen mit und ohne einem sichelförmigen Füllstück unterschieden. Innenzahnradpumpen ohne ein sichelförmiges Füllstück werden auch als Gerotorpumpen bezeichnet und umfassen ein erstes Rad mit einer wellenförmigen Außenkontur und ein zweites Rad mit einer wellenförmigen Innenkontur. Hierbei ist das erste Rad drehbar um eine Mittelachse eines Pumpengehäuses angeordnet. Der Antrieb des ersten Rades erfolgt mittels einer Welle, auf welcher dieses drehfest angeordnet ist, wobei die Welle konzentrisch zur Mittelachse drehbar im Pumpengehäuse gelagert ist. Das erste Rad treibt wiederum das zweite Rad über einen Formschluss zwischen der Außenkontur und der Innenkontur an. Zudem bilden die Sichelkonturen Arbeitsräume miteinander, die von Dichtspalten zwischen Außenkontur und Innenkontur voneinander getrennt sind. Während einer Umdrehung vergrößern und verkleinern sich die Arbeitsräume stetig, wodurch auf einer Saugseite der Pumpe ein Unterdruck zum Ansaugen des Betriebsmediums erzeugt wird und auf einer Druckseite bei der Verkleinerung der Arbeitsräume das Betriebsmedium verdrängt wird. Die Abdichtung zwischen Saug- und Druckseite erfolgt hierbei durch die Dichtspalte zwischen Außenkontur und Innenkontur.
Die Außenkontur und Innenkontur von Rädern einer Innenzahnradpumpe mit sichelförmigem Füllstück sind in der Regel Verzahnungen, insbesondere die Evolventen-Zahnform, wie man sie auch bei Getriebezahnrädern findet. Ein erstes Zahnrad weist hierbei eine Außenverzahnung auf und treibt ein als Hohlrad ausgebildetes innenverzahntes zweites Zahnrad an. Im Gegensatz zur Innenzahnradpumpe ohne sichelförmiges Füllstück bilden die Außenverzahnung und die Innenverzahnung keine separaten Arbeitsräume, so dass die Trennung der Saugseite von der Druckseite nicht über einen Dichtspalt erfolgen kann, der von den beiden Zahnrädern gebildet wird. Aus diesem Grund ist zwischen den Kopfkreisen des ersten und zweiten Zahnrades ein sichelförmiges Füllstück angeordnet, das mit dem Pumpengehäuse fest verbunden ist. Üblicherweise ist das sichelförmige Füllstück mittels spanender Bearbeitung aus dem Pumpengehäuse herausgearbeitet.
Das sichelförmige Füllstück weist eine konvexe kreisbogenförmige Sichelkontur auf, die von der Mittelachse des Pumpengehäuses her gesehen radial nach außen zeigt und damit den Zahnköpfen des Hohlrades zugewandt ist. Die konvexe Sichelkontur bildet mit den Zahnköpfen des Hohlrades je Zahnkopf einen Dichtspalt. Eine konkave, radial nach innen weisende, kreisförmige Sichelkontur bildet mit den Zahnköpfen des ersten außenverzahnten Zahnrades Dichtspalte. Die konkave kreisbogenförmige Sichelkontur ist konzentrisch zum Kopfkreis des außenverzahnten ersten Zahnrads und damit der Mittelachse.
Aufgrund von Radialkräften, die aus Verzahnungskräften und vor allem aus hydraulischen Kräften von der Druckseite her resultieren, kann das erste Zahnrad infolge elastischer Verformungen der Welle und/oder einer spielbedingten radialen Beweglichkeit des ersten Zahnrades radial zur konkaven Sichelkontur hin verschoben werden. Bei einer entsprechend großen Verlagerung können die Zahnköpfe beim Eintritt in den Bereich der konkaven kreisbogenförmigen Sichelkontur an einem Eckpunkt des Füllstücks, nachfolgend als Eintrittskante bezeichnet, anschlagen bzw. an der konkaven kreisbogenförmigen Sichelkontur anstreifen.
Die negative Folge hiervon ist ein auffälliges Geräusch, welches insbesondere bei geringen Antriebsdrehzahlen deutlich störend hervortritt. Außerdem führt das Anschlagen bzw. Anstreifen zum Verschleiß bis hin zu Pumpenschäden sowie zu einer erhöhten Verlustleistung der Pumpe infolge von Reibung.
Ist das erste Zahnrad fest auf einer im Pumpengehäuse drehbar gelagerten Welle angeordnet, so führt eine fertigungstoleranzbedingte Schiefstellung der Welle zu einer Verkippung des ersten Zahnrads, wodurch dieses axial am Pumpengehäuse anstreifen kann. Wird zum Ausgleich dieser Verkippung das seitliche Spiel (Axialspiel) des ersten Zahnrads erhöht, wirkt sich dies aufgrund erhöhter innerer Leckageverluste negativ auf den Wirkungsgrad bzw. den Förderstrom der Pumpe aus. Deshalb wird zur Lösung des Problems der Wellenschiefstellung ein Radialspiel zwischen dem ersten Zahnrad und der Welle vorgesehen, so dass selbst bei einer Schiefstellung der Welle das erste Zahnrad nicht verkippt. Das Radialspiel erlaubt eine radiale Verschiebung des ersten Zahnrads von einer Mittelachse der Welle bzw. des Pumpengehäuses aus. Der maximale Weg der Verschiebung errechnet sich aus der halben Differenz zwischen dem Innendurchmesser des Zahnrads und dem Außendurchmesser der Welle. Der Nachteil dieser Lösung ist die radiale Verschiebung des ersten Zahnrads gegenüber der Mittelachse des Pumpengehäuses beim Auftreten von Radialkräften im Betrieb. Hierbei wird das erste Zahnrad in einer aus der Zahnradgeometrie errechenbaren Richtung gegen die konkave Sichelkontur verschoben und kann an dieser mit den gleichen negativen Auswirkungen wie bei einer elastischen Verformung an der Eintrittskante anschlagen bzw. an der Innenkontur anstreifen.
Eine bekannte Lösung zur Vermeidung eines Anschlagens der Zahnköpfe des ersten Zahnrads an der Eintrittskante ist eine Erhöhung des radialen Spiels zwischen den Zahnköpfen der Innenkontur des sichelförmigen Füllstücks. Dies wird mittels einer Vergrößerung des Radius des Kreisbogens der Innenkontur oder einer Verringerung des Kopfkreisdurchmessers der ersten Zahnrads oder einer Kombination aus beidem erreicht.
Der Nachteil dieser Lösung ist eine erhöhte Leckagemenge durch die Dichtspalte zwischen Zahnköpfen und Füllstück, da sich bei einer radialen Verlagerung des ersten Zahnrads zwar das Radialspiel in Richtung der Verschiebung auf einen gewünschten Wert einstellt, sich aber zwischen den anderen Zahnköpfen und dem sichelförmigen Füllstück erhöhte Radialspiele ergeben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine Innenzahnradpumpe zu schaffen, bei welcher in einfacher Weise eine radiale Verschiebung des ersten Zahnrads unter Vermeidung der genannten Nachteile möglich ist. Insbesondere soll ein Anschlagen der Zahnköpfe an der Eintrittskante des sichelförmigen Füllstücks verhindert werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demnach umfasst eine Innenzahnradpumpe für ein Getriebe ein außenverzahntes Zahnrad, welches drehfest auf einer um eine Mittelachse eines Pumpengehäuses drehbaren Welle angeordnet ist, und ein sichelförmiges Füllstück, welches das Zahnrad teilweise umfassend fest mit dem Pumpengehäuse verbunden ist und eine dem Zahnrad zugewandte kreisbogenförmige konkave Sichelkontur aufweist. Die kreisbogenförmige konkave Sichelkontur wird hierbei durch genau einen Sichelradius um dessen Zentrum definiert. Aufgrund einer Verschiebung des Zahnrades durch eine im Betrieb auf dieses wirkende Radialkraft ist eine Drehachse des Zahnrads nicht konzentrisch mit der Mittelachse des Pumpengehäuses. Deshalb ist die Lage eines Zentrums des Sichelradius der kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur exzentrisch zur Lage der Mittelachse des Pumpengehäuses gewählt. Hierdurch wird ein Anschlagen der Zahnköpfe des Zahnrades an dem sichelförmigen Füllstück aufgrund der radialen Verlagerung des Zahnrades verhindert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer möglichen Ausgestaltungsform ist zwischen dem Zahnrad und der Welle ein Radialspiel zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen vorhanden. Das Radialspiel errechnet sich aus der Differenz zwischen einem Innenradius des Zahnrads und einem Außenradius der Welle. Infolge des Radialspiels verschiebt sich das Zahnrad unter der Wirkung der im Betrieb auftretenden Radialkraft um den Betrag des Radialspiels radial von der Mittelachse des Pumpengehäuses und die Drehachse des Zahnrads ist nicht somit nicht mehr konzentrisch zu dieser.
In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Ausgestaltungsform vor, dass die Lage des Zentrums des Radius der kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur exzentrisch zur Lage der Mittelachse des Pumpengehäuses in der Wirkrichtung der Radialkraft gewählt ist.
Bevorzugt entspricht der radiale Abstand zwischen dem Zentrum der kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur des Füllstücks und der Mittelachse dem Radialspiel zwischen Zahnrad und Welle.
Alternativ hierzu ist es möglich, dass die Lage eines Zentrums einer kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur mit genau einem Sichelradius so gewählt ist, dass die Sichelkontur einer Kurve angenähert ist, welche von einem ersten Kreisbogen mit einem ersten Radius um ein erstes Zentrum und einem zweiten Kreisbogen mit einem zweiten Radius um ein zweites Zentrum gebildet wird. Hierbei berühren sich der erste und der zweite Kreisbogen an einem jeweiligen Ende in einem gemeinsamen Punkt und weisen in diesem gemeinsamen Punkt eine gemeinsame Tangente auf. Die Zentren beider Radien sind hierbei einen Zentrenabstand, welcher der Differenz der Beträge der beiden Radien entspricht, voneinander beabstandet. Darüber hinaus bilden die beiden Zentren und der gemeinsame Punkt eine Linie senkrecht zu der gemeinsamen Tangente, wobei die kreisbogenförmige konkave Sichelkontur ein einziger Kreisbogen ist, welcher in drei Punkten mit der von dem ersten und zweiten Kreisbogen gebildeten Kurve übereinstimmt, und wobei jeder der beiden Kreisbögen mindestens einen der drei Punkte aufweist.
In diesem Zusammenhang sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass die drei Punkte derart auf die beiden Kreisbögen, welche eine Kurve mit zwei Radien bilden, verteilt sind, dass ein erster Punkt an einem Ende der Kurve und ein zweiter Punkt am anderen Ende der Kurve und ein dritter Punkt in dem gemeinsamen Punkt der beiden Kreisbögen gewählt ist.
Wie bei den vorangegangenen Varianten wird auch hier ein akustisch auffälliges Anschlagen der Zahnköpfe an dem sichelförmigen Füllstück verhindert. Ein Anlaufen der Zahnköpfe an der Sichelkontur ist jedoch bei dieser Variante zwar nicht auszuschließen, erfolgt aber nicht stoßartig und ist somit nicht geräuschkritisch. Darüber hinaus wird hierdurch das Kopfspiel klein gehalten, woraus ein guter volumetrischer Wirkungsgrad der Pumpe resultiert.
Außerdem kann die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe in einem Fahrzeuggetriebe vorgesehen sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
1 eine Schnittdarstellung einer Innenzahnradpumpe;
2 ein Pumpengehäuse mit einem Füllstück nach dem Stand der Technik;
3 ein Pumpengehäuse mit einem Füllstück nach dem Stand der Technik mit zwei eingelegten Zahnrädern;
4 ein Pumpengehäuse mit einer Ausgestaltung eines Füllstücks mit einer konkaven Sichelkontur und
5 ein Pumpengehäuse mit einer alternativen Ausgestaltung eines Füllstücks mit einer konkaven Sichelkontur.
In 1 ist der Längsschnitt einer Innenzahnradpumpe 1 dargestellt. In dieser ist ein auch als Pumpenrad bezeichnetes Zahnrad 11 drehfest auf einer Welle 12 angeordnet. Die Welle 12 ist mittels der Lager 21 und 22 drehbar um eine Mittelachse M eines feststehenden Pumpengehäuses 10 angeordnet. Das Lager 21 ist hierbei konzentrisch zu einer Bohrung 23 in dem Pumpengehäuse 10 und das Lager 22 konzentrisch zu einer Bohrung 24 in einem Getriebegehäuse 20 angeordnet. An dem Pumpengehäuse 10 ist ein sichelförmiges Füllstück 13 ausgebildet, welches beispielsweise mittels spanender Bearbeitung aus dem Pumpengehäuse 10 herausgearbeitet ist. Alternativ hierzu kann das sichelförmige Füllstück auch als separates Bauteil ausgebildet sein, welches beispielsweise sintertechnisch herstellbar ist. Das Zahnrad 11 ist zwischen dem Pumpengehäuse 10 und dem Getriebegehäuse 20 axial beweglich auf der Welle 12 angeordnet. Die Welle 12 wird mittels eines Antriebsrads 27 von einer nicht gezeigten Getriebewelle angetrieben, wobei die Getriebewelle wiederum von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Ein innenverzahntes Hohlrad 14 steht mit dem Zahnrad 11 in Eingriff und wird von diesem angetrieben.
Da durch einen möglichen Versatz aufgrund von Fertigungstoleranzen die Welle 12 eine Schiefstellung einnehmen kann, wird zwischen dem Zahnrad 11 und der Welle 12 ein Radialspiel s_r vorgesehen, so dass eine Axialfläche 16 und eine Axialfläche 17 des Zahnrads 11 weiterhin mit parallel zu einer Axialflächen 18 des Pumpengehäuses 10 und einer Axialfläche 19 des Getriebegehäuses 20 stehen.
2 zeigt die Geometrie eines sichelförmigen Füllstücks 13 nach dem Stand der Technik. Das Zentrum einer kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur K_1 ist hierbei die Mittelachse M des Pumpengehäuses 10. Ein Radius R_K1 bestimmt die kreisbogenförmige Sichelkontur K_1.
3 zeigt eine Ansicht eines Pumpengehäuses 10 mit dem Füllstück 13 nach dem Stand der Technik mit eingelegten Zahnrädern, wobei das sichelförmige Füllstück 13 die kreisbogenförmige konkave Sichelkontur K_1 und eine konvexe kreisbogenförmige Sichelkontur K_a aufweist. Das Zahnrad 11 ist um die Mittelachse M des Pumpengehäuses 10 drehbar angeordnet. Ein Kopfkreis A_1 des Zahnrads 11 mit einem Kopfkreisradius r_A1 ist konzentrisch zur konkaven kreisbogenförmigen Sichelkontur K_1, wobei der Kopfkreisradius r_A1 kleiner als der Radius R_K1 der Sichelkontur K_1 ist. Hierdurch ist zwischen jedem Zahnkopf 31 und der Sichelkontur K_1 ein Dichtspalt ausgebildet ist, der auch als Kopfspiel s_k bezeichnet wird. Das Kopfspiel s_k errechnet sich als Differenz zwischen dem Radius R_K1 und dem Kopfkreisradius r_A1. Das Hohlrad 14 steht mit dem Zahnrad 11 im Eingriff und ist im Pumpengehäuse 10 um eine Hohlraddrehachse N drehbar angeordnet. Der Abstand der Mittelachse M von der Hohlraddrehachse N wird als eine Exzentrizität e bezeichnet. Ein Kopfkreis A_2 des Hohlrads 14 ist konzentrisch zur konvexen kreisbogenförmigen Sichelkontur K_a. Analog zu den Verhältnissen am Zahnrad 11 ist zwischen jedem Zahnkopf 32 und der Sichelkontur K_a ein Dichtspalt ausgebildet. In der Darstellung erfolgt die Drehung des Zahnrads 11 im Uhrzeigersinn, welches das Hohlrad 14 gleichsinnig antreibt. Hierdurch wird das zu fördernde Betriebsmedium in Zahnlücken 28 von einer Saugseite 41 entlang des Füllstücks 13 zu einer Druckseite 42 transportiert. Auf der Druckseite 42 gehen die Verzahnungen von Zahnrad 11 und Hohlrad 14 wieder in Eingriff und verdrängen das Betriebsmedium aus den Zahnlücken 28 und damit aus der Innenzahnradpumpe, womit ein Fördervorgang stattfindet. Je nach hydraulischem Widerstand in dem hydraulischen System in welches das Betriebsmedium gefördert wird, entsteht ein Druck auf der Druckseite 42, der größer ist als der Druck auf der Saugseite 41, welcher physikalisch bedingt nach oben auf Atmosphärendruck begrenzt ist. Aus den unterschiedlichen Drücken auf der Saugseite 41 und der Druckseite 42 sowie deren Druckverteilung um das Zahnrad 11 und der Verzahnungskräfte zwischen Zahnrad 11 und Hohlrad 14 resultiert eine Radialkraft F_r, welche auf das Zahnrad 11 in Richtung des Füllstücks 13 wirkt. Ist zwischen dem Zahnrad 11 und der Welle 12 ein Radialspiel s_r zur Kompensation einer Schiefstellung der Welle 12 vorgesehen, wird das Zahnrad 11 unter der Wirkung der Radialkraft F_r in deren Wirkrichtung V um das Maß des Radialspiels s_r von der Mittelachse M der Welle verschoben. Das Radialspiel s_r errechnet sich hierbei als Differenz zwischen einem Außenradius r_Wa der Welle 12 und einem Innenradius r_Zi des Zahnrads 11. Ist das Radialspiel s_r größer als das Kopfspiel s_k zwischen Zahnkopf 31 und der Sichelkontur K_1, kommt es zur unerwünschten Berührung zwischen Zahnkopf 31 und Füllstück 13. Der gleiche Verschiebungseffekt tritt ein, wenn die Steifigkeit der Welle 12 so gering ist, dass unter der Radialkraft F_r eine elastische Verformung der Welle 12 eintritt, was ebenfalls eine radiale Verschiebung des Zahnrads 11 in die Wirkrichtung V zur Folge hat.
4 zeigt einen Ausschnitt eines Pumpengehäuses 110 mit der erfindungsgemäßen Geometrie eines Füllstücks 113 mit einer konkaven Sichelkontur K_10. Ein Zentrum Z_K10 der kreisbogenförmigen Sichelkontur K_10 mit einem Radius R_K10 ist hierbei in die Wirkrichtung V der Radialkraft F_r verschoben. Die Verschiebung kann in Polarkoordinaten oder in kartesischen Koordinaten angegeben werden. In Polarkoordinaten ist der Kraftvektor der Radialkraft F_r um einen Winkel α zu einer definierten Linie L_1 geneigt. Das Zentrum Z_K10 der Sichelkontur K_10 liegt in der Richtung der Radialkraft F_r um einen Verschiebungsabstand a von der Mittelachse M entfernt.
Der Ursprung eines kartesischen Koordinatensystems ist die Mittelachse M, die im Schnittpunkt der Linie L_1 und einer zu ihr senkrecht stehenden Linie L_2 liegt. Das Zentrum Z_K10 der Sichelkontur K_10 ist um einen Abstand ΔX von der Linie L_2 und um einen Abstand ΔY von der Linie L_1 entfernt. Der Radius R_K10 ist gleich dem Radius R_K1 nach dem Stand der Technik. Ist zwischen der Welle 12 und dem Zahnrad 11 das Radialspiel s_r vorhanden, muss der Verschiebungsabstand a mindestens so groß sein wie das Radialspiel s_r.
5 zeigt ein Pumpengehäuse 210 mit einer alternativen Ausgestaltung eines Füllstücks 213 mit einer konkaven kreisförmigen Sichelkontur K_20.
Um ein Anschlagen der Zahnköpfe des Zahnrads 11 an das Füllstück zu vermeiden, kann die konkave Kontur des Füllstücks als Kurve ausgeführt sein, die aus zwei Kreisbögen mit unterschiedlichen Radien besteht. Hierbei wird der der Radius des Kurvenabschnitts, in welchen der Zahnkopf bei der Drehung des Zahnrads in den Bereich des Füllstücks eintritt größer gewählt als der des sich anschließenden Kurvenabschnitts, wodurch der Zahnkopf nicht mehr aufgrund einer auf das Zahnrad wirkenden Radialkraft an der Kante des Füllstücks anschlagen kann. Da eine solche Kurve mit zwei Radien aufwändig zu fertigen ist, soll deren Verlauf näherungsweise von der kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur K_20 erzeugt werden.
Die Sichelkontur K_20 wird hierbei durch einen Sichelradius R_K20 bestimmt. Die Lage eines Zentrums Z_K20 der Sichelkontur K_20 ergibt sich aus der Annäherung der kreisbogenförmigen Sichelkontur K_20 an eine aus zwei Kreisbögen B_1 und B_2 zusammengesetzte Kurve K_B12. Die Kreisbögen B_1 und B_2 weisen hierbei unterschiedliche Radien auf. Ein Radius R_B1 um ein Zentrum Z_B1 bestimmt den Kreisbogen B_1 und ein Radius R_B2 um ein Zentrum Z_B2 den Kreisbogen B_2. Beide Kreisbögen B_1 und B_2 berühren sich mit jeweils einem Ende in einem gemeinsamen Punkt P_12 und bilden somit die Kurve K_B12 mit unterschiedlichen Radien. In dem gemeinsamen Punkt P_12 besitzen die beiden Kreisbögen B_1 und B_2 eine gemeinsame Tangente T_12. Die Zentren Z_B1 und Z_B2 liegen auf einer Linie L_B, welche senkrecht zur Tangente T_12 durch den gemeinsamen Punkt P_12 verläuft, wobei diese um einen Zentrenabstand A voneinander beabstandet sind. Der Zentrenabstand A entspricht der Differenz der Beträge der beiden Radien R_B1 und R_B2. Die kreisbogenförmige Konkave Sichelkontur K_20 schneidet die Kurve K_B12 in 3 Punkten P_1, P_2 und P_3. Vorteilhafterweise weist jeder der beiden Kreisbögen mindestens einen der drei Punkte P_1, P_2 oder P_3 auf. Eine besonders gute Annäherung der kreisbogenförmigen Sichelkontur K_20 an die Kurve K_B12 wird erreicht, wenn wie in 5 gezeigt der Punkt P_1 an einem Ende der Kurve K_B12, der Punkt P_2 an dem anderen Ende der Kurve K_B12 und der Punkt P_3 in dem gemeinsamen Punkt P_12 liegt.
Mit der beschriebenen Sichelkontur K_20 wird bei einer radialen Verlagerung des Zahnrads 11 infolge von Betriebskräften ein Anschlagen der Zahnköpfe 31 des Zahnrads 11 an der Eintrittskante des sichelförmigen Füllstücks 213, welche in der gezeigten Darstellung in 5 mit dem Punkt P_1 zusammenfällt, verhindert. Ein Anlaufen der Zahnköpfe an der Sichelkontur K_20 ist zwar nicht auszuschließen, erfolgt aber nicht stoßartig und ist somit nicht geräuschkritisch. Darüber hinaus wird hierdurch das Kopfspiel klein gehalten, woraus ein guter volumetrischer Wirkungsgrad der Pumpe resultiert.
Bezugszeichenliste

1: Innenzahnradpumpe
10: Pumpengehäuse
11: Zahnrad
12: Welle
13: Füllstück
14: Hohlrad
16: Axialfläche
17: Axialfläche
18: Axialfläche
19: Axialfläche
20: Getriebegehäuse
21: Lager
22: Lager
23: Bohrung
24: Bohrung
27: Antriebsrad
28: Zahnlücken
31: Zahnkopf
32: Zahnkopf
41: Saugseite
42: Druckseite
110: Pumpengehäuse
113: Füllstück
210: Pumpengehäuse
213: Füllstück
A_1: Kopfkreis Zahnrad
A_2: Kopfkreis Hohlrad
A: Zentrenabstand
a: Verschiebungsabstand
B_1: Kreisbogen
B_2: Kreisbogen
e: Exzentrizität
F_r: Radialkraft
K_1: Sichelkontur
K_10: Sichelkontur
K_20: Sichelkontur
K_a: Sichelkontur außen
K_B12: Kurve
L_1: Achse
L_2: Achse
L_B: Linie
M: Mittelachse
K: Hohlraddrehachse
P_1: Punkt
P_2: Punkt
P_3: Punkt
P_12: Berührpunkt von B_1 und B_2
R_B1: Radius
R_B2: Radius
R_K1: Sichelradius
R_K10: Sichelradius
R_K20: Sichelradius
r_Wa: Außenhalbmesser Welle
r_Zi: Innenhalbmesser Zahnrad
r_A1: Kopfkreisradius
s_k: Kopfspiel
s_r: Radialspiel
T_12: Tangente durch P_12
Z_B1: Zentrum Kreisbogen B_1
Z_B2: Zentrum Kreisbogen B_2
Z_K10: Zentrum der Sichelkontur K10
Z_K20: Zentrum der Sichelkontur K20
V: Wirkrichtung von F_r Winkel
ΔX: Abstand
ΔY: Abstand

Claims

Innenzahnradpumpe für ein Getriebe, umfassend ein außenverzahntes Zahnrad (11), welches drehfest auf einer um eine Mittelachse (M) eines Pumpengehäuses (10, 110, 210) drehbaren Welle (12) angeordnet ist, und ein sichelförmiges Füllstück (13, 113, 213), welches das Zahnrad (11) teilweise umfassend fest mit dem Pumpengehäuse (10, 110, 210) verbunden ist und eine dem Zahnrad (11) zugewandte kreisbogenförmige konkave Sichelkontur (K_1, K_10, K_20) aufweist, welche durch genau einen Sichelradius (R_K1, R_K10, R_K20) definiert ist, wobei aufgrund einer Verschiebung des Zahnrades (11) durch eine im Betrieb auf dieses wirkende Radialkraft (F_r) eine Drehachse des Zahnrads (11) nicht konzentrisch mit der Mittelachse (M) des Pumpengehäuses ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage eines Zentrums (Z_K10, Z_K20) des Sichelradius (R_K10, R_K20) der kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur (K_10, K_20) exzentrisch zur Lage der Mittelachse (M) des Pumpengehäuses (110, 210) gewählt ist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zahnrad (11) und der Welle (12) ein Radialspiel (s_r) zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen vorhanden ist, wobei sich das Radialspiel (s_r) aus der Differenz zwischen einem Innenradius des Zahnrads (r_Zi) und einem Außenradius der Welle (r_Wa) errechnet.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des Zentrums (Z_K10) des Sichelradius (R_K10) der kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur (K_10) des Füllstücks (113) exzentrisch zur Lage der Mittelachse (M) des Pumpengehäuses (110) in der Wirkrichtung der Radialkraft (F_r) gewählt ist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Verschiebungsabstand (a) zwischen dem Zentrum (Z_K10) der kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur (K_10) und der Mittelachse (M) dem Radialspiel (s_r) zwischen Zahnrad (11) und Welle (12) entspricht.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage eines Zentrums (Z_K20) einer kreisbogenförmigen konkaven Sichelkontur (K_20) mit einem Sichelradius (R_K20) so gewählt ist, dass die Sichelkontur (K_20) einer Kurve (K_B12) angenähert ist, welche von einem ersten Kreisbogen (B_1) mit einem ersten Radius (R_B1) um ein erstes Zentrum (Z_B1) und einem zweiten Kreisbogen (B_2) mit einem zweiten Radius (R_B2) um ein zweites Zentrum (Z_B2) gebildet wird, wobei sich der erste und der zweite Kreisbogen (B_1, B_2) an einem jeweiligen Ende in einem gemeinsamen Punkt (P_12) berühren und in dem gemeinsamen Berührpunkt (P_12) eine gemeinsame Tangente (T_12) aufweisen und wobei die Zentren (Z_B1, Z_B2) beider Radien (R_B1, R_B2) einen Zentrenabstand (A), welcher der Differenz der Beträge der beiden Radien (R_B1, R_B2) entspricht, voneinander beabstandet sind und wobei die beiden Zentren (Z_B1, Z_B2) und der gemeinsame Berührpunkt (P_12) eine Linie senkrecht zu der gemeinsamen Tangente (T_12) bilden, wobei die kreisbogenförmige konkave Sichelkontur (K_20) in drei Punkten (P_1, P_2, P_3) mit der von dem ersten und zweiten Kreisbogen (B_1, B_2) gebildeten Kurve (K_B12) übereinstimmt, und wobei jeder der beiden Kreisbögen mindestens einen der drei Punkte (P_1, P_2, P_3) aufweist.
Innenzahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Punkte (P_1, P_2, P_3) derart auf die beiden Kreisbögen (B_1, B_2), welche eine Kurve mit zwei Radien (R_B1, R_B2) bilden, verteilt sind, dass ein erster Punkt (P_1) an einem Ende der Kurve (K_B12) und ein zweiter Punkt (P_2) am anderen Ende der Kurve und ein dritter Punkt (P_3) in dem gemeinsamen Berührpunkt (P_12) der beiden Kreisbögen (B_1, B_2) gewählt ist.
Fahrzeuggetriebe mit einer Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1.