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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Innenzahnradpumpen sind bekannt. Sie weisen ein Hohlrad, d. h. ein innenverzahntes Zahnrad, und ein exzentrisch im Hohlrad angeordnetes, außenverzahntes Zahnrad, welches nachfolgend als Ritzel bezeichnet werden wird, auf. Das Hohlrad und das Ritzel, die auch als Zahnräder der Innenzahnradpumpe bezeichnet werden können, kämmen auf einem Umfangsabschnitt miteinander. Auf einem anderen Umfangsabschnitt, in dem die beiden Zahnräder der Innenzahnradpumpe nicht miteinander kämmen, begrenzen sie einen sichelförmigen Pumpenraum zwischen sich, der auch als Verdrängungsraum, Freiraum oder Zwischenraum bezeichnet wird. Im Pumpenraum ist ein Trennstück angeordnet, das aufgrund seiner üblichen, an die Form des Pumpenraums angepassten Form auch als Sichel oder Sichelstück bezeichnet wird. Eine weitere Bezeichnung für das Trennstück ist Füllstück. Das Trennstück trennt einen Saugbereich von einem Druckbereich des Pumpenraums der Innenzahnradpumpe, wobei der Saugbereich mit einem Pumpeneinlass und der Druckbereich mit einem Pumpenauslass kommunizieren und auch als (Teil des) Einlass bzw. Auslass der Innenzahnradpumpe aufgefasst werden können.
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Zahnköpfe von Zähnen des Hohlrads und des Ritzels liegen außen bzw. innen am Trennstück an und gleiten bei Betrieb der Innenzahnradpumpe, also bei drehend angetriebenem Ritzel und Hohlrad, außen und innen am Trennstück entlang. Das Trennstück schließt Fluidvolumina in Zahnzwischenräumen des Hohlrads und des Ritzels ein, so dass die Zahnräder bei einem Drehantrieb, also bei Betrieb der Innenzahnradpumpe, Fluid vom Saugbereich zum Druckbereich des Pumpenraums der Innenzahnradpumpe fördern.
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Offenbarung der Erfindung
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Das Trennstück der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen Vorsteuerkanal auf, durch den Zahnzwischenräume des Hohlrads oder des Ritzels mit dem Druckbereich des Pumpenraums der Innenzahnradpumpe kommunizieren. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe sowohl für das Hohlrad als auch für das Ritzel einen, u. U. auch mehrere, Vorsteuerkanäle auf. Der Vorsteuerkanal reicht nicht bis zum und kommuniziert nicht mit dem Saugbereich des Pumpenraums der Innenzahnradpumpe. Durch den Vorsteuerkanal werden die Zahnzwischenräume der Zahnräder der Innenzahnradpumpe mit Druck beaufschlagt. Vorzugsweise ist der Vorsteuerkanal so ausgebildet, dass er als Drossel wirkt, so dass ein Druck in den Zahnzwischenräumen in Förderrichtung, d. h. in Richtung des Druckbereichs, steigt bis er den Druck des Druckbereichs der Innenzahnradpumpe erreicht. Die Erfindung erzielt einen Druckausgleich zwischen den Zahnzwischenräumen der Zahnräder der Innenzahnradpumpe und dem Druckbereich des Pumpenraums während sich die Zahnzwischenräume im Bereich des Trennstücks befinden, bevor oder bis die Zahnzwischenräume durch den Drehantrieb der Zahnräder das druckbereichsseitige Ende des Trennstücks erreichen und sich zum Druckbereich des Pumpenraums öffnen. Ein schlagartiger Druckausgleich beim Öffnen der Zahnzwischenräume zum Druckbereich wird vermieden. Ein solcher Drucksprung bei jedem Öffnen eines Zahnzwischenraums zum Druckbereich des Pumpenraums der Innenzahnradpumpe bei Betrieb der Innenzahnradpumpe, d. h. bei einem Drehantrieb ihrer Zahnräder, würde zu einer Druck- und Volumenstrompulsation führen, die Ursache für eine Geräuschbildung ist, einen Verschleiß erhöht und einen Wirkungsgrad einer Innenzahnradpumpe verschlechtert. Die Herstellung des Vorsteuerkanals/der Vorsteuerkanäle am Trennstück ist kostengünstig möglich und ist für eine Serienfertigung, auch für eine Großserienfertigung, geeignet.
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Im Zusammenwirken mit den Zähnen bzw. Zahnköpfen des Hohlrads und des Ritzels der Innenzahnradpumpe ist die Wirkung der Vorsteuerkanäle mit hydraulisch in Serie geschalteten Drosseln vergleichbar, durch die der Druck entgegen der Dreh- und Förderrichtung gesehen schrittweise von dem im Druckbereich herrschenden Druck von Zahnzwischenraum zu Zahnzwischenraum abnimmt.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe ohne Pumpengehäuse in Seitenansicht; und
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2a, 2b bis 4a, 4b drei Ausführungsformen von Trennstücken der Innenzahnradpumpe aus 1 in perspektivischer Darstellung aus je zwei unterschiedlichen Blickrichtungen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe 1 weist zwei Zahnräder 2, 3 auf, nämlich ein innen verzahntes Hohlrad 2 und ein außen verzahntes Zahnrad, das hier als Ritzel 3 bezeichnet wird. Das Ritzel 3 ist exzentrisch im Hohlrad 2 angeordnet, die beiden Zahnräder 2, 3 weisen zueinander parallele Achsen auf und kämmen miteinander. Das Hohlrad 2 ist in einem Lagerring 4 drehbar gleitgelagert, das Ritzel 3 ist drehfest auf einer Pumpenwelle 5 angeordnet. Zum Betrieb der Innenzahnradpumpe 1 wird die Pumpenwelle 5 drehend angetrieben, mit ihr dreht das auf der Pumpenwelle 5 drehfeste Ritzel 3 mit und treibt das kämmende Hohlrad 2 drehend an. Eine Drehrichtung ist mit den Pfeilen P angegeben.
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Die Zahnräder 2, 3 begrenzen einen sichelförmigen Pumpenraum 6 in einem Umfangsabschnitt, in dem sie nicht miteinander kämmen, zwischen sich. Im Pumpenraum 6 ist ein sichelförmiges Trennstück 7 angeordnet, das auch als teil- oder halbsichelförmig aufgefasst werden kann und aufgrund seiner Form oft auch als Sichel oder Sichelkörper bezeichnet wird. Das Trennstück 7 trennt einen Saugbereich 8 von einem Druckbereich 9 des Pumpenraums 6. In den Saugbereich 8 mündet eine Einlassbohrung 10, aus dem Druckbereich 9 führt eine Auslassbohrung 11. Zahnköpfe der Zahnräder 2, 3 der Innenzahnradpumpe 1 liegen an einer Außen- bzw. Innenseite des Trennstücks 7 an und gleiten bei einem Drehantrieb der Zahnräder 2, 3 an der Außen- bzw. Innenseite des Trennstücks 7 entlang. Das Trennstück 7 ist gleich breit wie die Zahnräder 2, 3, die beide die gleiche Breite aufweisen. Das Trennstück 7 schließt Flüssigkeitsvolumina in Zahnzwischenräumen der Zahnräder 2, 3 ein, so dass ein Drehantrieb der Zahnräder 2, 3 eine Förderung von Flüssigkeit vom Saugbereich 8 zum Druckbereich 9 bewirkt. An einem saugbereichseitigen Ende stützt sich das Trennstück 7 an einem Stift 12 ab, der den Pumpenraum 6 quer durchsetzt.
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In 1 ist das sichelförmige Trennstück 7 eine Schenkelfeder, die in 2a, 2b als Einzelteil dargestellt ist. Die Schenkelfeder ist eine U-förmig gebogene Blattfeder mit zwei kreisbogenförmigen Schenkeln 13, 14, an denen wie bereits gesagt die Zahnköpfe der Zähne der Zahnräder 2, 3 anliegen. Ein Joch 15 verbindet die beiden Schenkel 13, 14 und liegt am Stift 12 an. Die das Trennstück 7 bildende Schenkelfeder ist an ihrem druckbereichseitigen Ende offen, so dass ein Innenraum 21 zwischen den Schenkeln 13, 14 der Schenkelfeder mit dem im Druckbereich 9 herrschenden Druck beaufschlagt ist, der die Schenkel 13, 14 auseinander, d. h. den äußeren Schenkel 13 nach außen gegen die Zahnköpfe der Zähne des Hohlrads 2 und den inneren Schenkel 14 nach innen gegen die Zahnköpfe der Zähne des Ritzels 3 beaufschlagt. Dadurch liegen die Schenkel 13, 14 der Schenkelfeder, die das Trennstück 7 der Innenzahnradpumpe 1 bildet, auch bei sich in ändernden Druckverhältnissen stets dichtend an den Zahnköpfen der Zähne der Zahnräder 2, 3 der Innenzahnradpumpe 1 an. Zusätzlich liegen die Schenkel 13, 14 mit einer Vorspannung an den Zahnköpfen der Zähne der Zahnräder 2, 3 an, also beispielsweise auch bei druckloser Innenzahnradpumpe 1.
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In einer Außenseite des äußeren Schenkels 13 und in einer Innenseite des inneren Schenkels 14, also in der Außen- und der Innenseite des Trennstücks 7, an denen die Zahnköpfe der Zähne des Hohlrads 2 und des Ritzels 3 anliegen, weist das als Schenkelfeder ausgebildete Trennstück 7 je einen Vorsteuerkanal 16 auf (2a, 2b). Die Vorsteuerkanäle 16 sind als rinnenförmige Vertiefungen mit im Ausführungsbeispiel dreiecksförmigem Querschnitt ausgeführt. Die Vorsteuerkanäle 16 sind an den druckbereichsseitigen Enden der Schenkel 13, 14 des Trennstücks 7 offen, d. h. die Vorsteuerkanäle 16 kommunizieren mit dem Druckbereich 9 des Pumpenraums 6. Die Vorsteuerkanäle 16 erstrecken sich ein Stück mehr oder weniger langes Stück in Umfangsrichtung, im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung erstreckt sich der Vorsteuerkanal 16 auf der Innenseite des Trennstücks 7 in Umfangsrichtung über etwa ein die Hälfte der Länge des Trennstücks 7 und der Vorsteuerkanal 16 auf der Außenseite über etwa 3/4 der Länge des Trennstücks 7. Ein Querschnitt der Vorsteuerkanale 16 verkleinert sich von den druckbereichsseitigen Enden in Umfangsrichtung entgegen der Drehrichtung P der Zahnräder 2, 3, also entgegen der Förderrichtung, bis auf null, so dass die Vorsteuerkanäle 16 im Verlauf der Außen- und der Innenseite des Trennstücks 7 auslaufen, d. h. wie beschrieben enden.
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Durch die Vorsteuerkanäle 16 kommunizieren die Zahnzwischenräume der Zähne der Zahnräder 2, 3 der Innenzahnradpumpe 1 mit dem Druckbereich 9 des Pumpenraums 6. Mit den Zahnköpfen der Zähne der Zahnräder 2, 3, die an der Außen- bzw. Innenseite des Trennstücks 7 anliegen, bilden die Vorsteuerkanäle 16 Blenden oder Drosseln, die einen Druck in den Zahnzwischenräumen ausgehend vom Druckbereich 9 entgegen der Förder- und Drehrichtung P, also in Richtung des Saugbereichs 8, schrittweise von Zahnzwischenraum zu Zahnzwischenraum bis auf den im Saugbereich 8 herrschenden Druck senken. Mit den Vorsteuerkanälen 16 in der Außen- und der Innenseite des Trennstücks 7 wird ein kontinuierlicher Druckanstieg in den Zahnzwischenräumen der Zähne der Zahnräder 2, 3 der Innenzahnradpumpe 1 vom Druck des Saugbereichs 8 bis zum Druck im Druckbereich 9 erhöht. Ein schlagartiger Druckanstieg jeweils in dem. Zahnzwischenraum, der sich am druckbereichsseitigen Ende des Trennstücks 7 bei der Drehung der Zahnräder 2, 3 zum Druckbereich 9 öffnet, wird vermieden. Zugleich steuern die Vorsteuerkanäle 16 eine Druckdifferenz zwischen dem Innenraum 21 des Trennstücks 7 und den Zahnzwischenräumen der Zähne der Zahnräder 2, 3. Mit anderen Worten: Die Vorsteuerkanäle 16 steuern eine Druckdifferenz zwischen den Innen- und den Außenseiten der Schenkel 13, 14 des als Schenkelfeder ausgebildeten Trennstücks 7 und sorgen damit auch bei sich ändernden Druckverhältnissen, d. h. sich ändernden Drücken im Saugbereich 8 und/oder im Druckbereich 9 für eine definierte Anlage der Schenkel 13, 14 des Trennstücks 7 an den Zahnköpfen der Zähne der Zahnräder 2, 3. Es wird ein guter Kompromiss zwischen guter Dichtwirkung zwischen den Zähnen der Zahnräder 2, 3 und dem Trennstück 7 und niedriger Reibung, die ein Antriebsmoment der Innenzahnradpumpe 1 und einen Verschleiß des Trennstücks 7 und der Zahnköpfe der Zähne der Zahnräder 2, 3 beeinflusst, erreicht.
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Die erfindungsgemäßen Vorsteuerkanäle 16 lassen sich auch in der Außen- und Innenseite eines massiven Trennstücks 17 vorsehen, wie es 3a, 3b zeigen. Das Trennstück 17 kann anstelle der das Trennstück 7 bildenden Schenkelfeder aus 2a, 2b im Pumpenraum 6 der Innenzahnradpumpe 1 aus 1 angeordnet werden. Zur Beschreibung des Trennstücks 17 aus 3a, 3b werden ergänzend die Ausführungen zu 1, 2a, 2b in Bezug genommen.
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Die 4a, 4b zeigen ein mehrteiliges Trennstück 18 mit einem zylinderschalenförmigen Außenteil 19 und einem zylinderschalenförmigen Innenteil 20. Am saugbereichseitigen Ende, mit dem das Trennstück 18 am Stift 12 anliegt, sind das Außen- und Innenteil 19, 20 gelenkig miteinander verbunden. Am druckbereichseitigen Ende sind das Außen- und das Innenteil 19, 20 offen, so dass ein Innenraum 21 zwischen den beiden Teilen 19, 20 des Trennstücks 18 mit dem Druckbereich 9 der Innenzahnradpumpe 1 kommuniziert. Wie zu dem in 1, 2a, 2b dargestellten Trennstück 7 beschrieben werden durch bei dem Trennstück 18 aus 4a, 4b durch die Druckbeaufschlagung des Zwischenraums 21 das Außenteil 19 nach außen und das Innenteil 20 nach innen in Anlage an die Zahnköpfe der Zähne des Hohlrads 2 und des Ritzels 3 gedrückt. Zwischen den Teilen 19, 20 ist eine Schenkelfeder 22 angeordnet, die die Teile 19, 20 unabhängig von einer Druckbeaufschlagung auseinander, d. h. das Außenteil 19 nach außen gegen die Zahnköpfe des Hohlrads 2 und das Innenteil 20 nach Innen gegen die Zahnköpfe des Ritzels 3 drückt. Das Außenteil 19 weist in seiner Außenseite und das Innenteil 20 in seiner Innenseite einen Vorsteuerkanal 16 auf, wie sie zu 1, 2a, 2b beschrieben worden sind, die hiermit in Bezug genommen werden.
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Die Innenzahnradpumpe 1 ist als Hydropumpe einer hydraulischen, schlupfgeregelten- und/oder Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage vorgesehen. Solche Hydropumpen werden, wenn auch nicht unbedingt zutreffend, auch als Rückförderpumpen bezeichnet.
