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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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Zur axialen Abdichtung des Pumpenraums an den Stirnseiten des Hohlrads und des Ritzels sind Axialscheiben bekannt, bei denen es sich normalerweise um plattenförmige Körper handelt, die auf ihren dem Hohlrad und dem Ritzel abgewandten Außenseiten druckbeaufschlagt sind und dadurch mit ihren dem Hohlrad und dem Ritzel zugewandten Innenseiten nach innen, d. h. gegen die Stirnseiten des Hohlrads und des Ritzels gedrückt werden. Solche Axialscheiben werden auch als Druckplatten bezeichnet. Die Druckbeaufschlagung auf der Außenseite erfolgt normalerweise innerhalb eines örtlich begrenzten Bereichs, dem sog. Druckfeld, welches mit dem Druckbereich des Pumpenraums bzw. dem Pumpenauslass kommuniziert. Das bedeutet, dass im Druckfeld der gleiche Druck wie im Druckbereich und im Pumpenauslass herrscht. Die Abdichtung an den Stirnseiten des Hohlrads und des Ritzels muss nicht hermetisch dicht sein, sondern es kann Leckage auftreten. Es ist eine Optimierung zwischen einer guten Schmierung und niedrigen Reibung des Hohlrads und des Ritzels an den Innenseiten der Axialscheiben einerseits und einem geringen Leckageverlust andererseits anzustreben. Eine Höhe einer Andruckkraft der Axialscheiben gegen die Stirnseiten des Hohlrads und des Ritzels wird durch die Größe der Druckfelder festgelegt. Auch Form und Anordnung der Druckfelder in Bezug auf den Pumpenraum und das Trennstück sind von Bedeutung für die Abdichtung. Die Druckfelder sind in den Außenseiten der Axialscheiben und/oder in zugewanden Innenseiten von Stirnwänden eines Pumpengehäuses ausgebildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist eine Axialscheibe auf einer Stirnseite des Hohlrads und des Ritzels auf, an der durch örtliches Umformen eine Fixierung für das Trennstück der Innenzahnradpumpe hergestellt ist, die das Trennstück in Umfangsrichtung hält. Die Erfindung ermöglicht in einfacher und preisgünstiger Weise eine Fixierung des Trennstücks in Umfangsrichtung.
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Die Axialscheibe kann sich in Umfangsrichtung für 360° oder auch nur über einen Teilbereich erstrecken. Grundsätzlich reicht es aus, wenn die Axialscheibe den Bereich des Trennstücks, eventuell auch nur einen Teil des Trennstücks abdeckt, wobei sie radial nach außen und/oder nach innen die Zahnzwischenräume des Hohlrads und/oder des Ritzels bis über Zahngründe hinweg abdeckt, um die Zahnzwischenräume zumindest im Bereich des Trennstücks an den Stirnseiten des Hohlrads und/oder des Ritzels zu verschließen und abzudichten.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Anspruch 2 sieht vor, dass die Fixierung das Trennstück gegen eine Bewegung in Richtung des Druckbereichs der Innenzahnradpumpe hält. Die Fixierung hält das Trennstück gegen ein Mitbewegen mit dem Hohlrad und dem Ritzel, wenn diese zum Betrieb der Innenzahnradpumpe drehend angetrieben werden, bei niedrigem Druck im Druckbereich der Innenzahnradpumpe, d. h. wenn der Druck im Druckbereich nur wenig oder nicht größer als der Druck im Saugbereich ist. Gegen eine Bewegung in Richtung des Saugbereichs bei hohem Druck im Druckbereich kann das Trennstück durch die oder eine zusätzliche Fixierung, die durch örtliches Umformen der Axialscheibe hergestellt ist, oder wie üblich durch einen Anschlagstift, der den Pumpenraum quer durchsetzt, oder durch einen sonstigen Anschlag oder eine sonstige Anlage oder dgl. gehalten sein.
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Anspruch 3 sieht vor, dass die Fixierung für das Trennstück durch Prägen der Axialscheibe hergestellt ist. Es ist beispielsweise ein auf der Innenseite der Axialscheibe erhabener Prägepunkt, eine Sicke, eine Nase oder dgl. ausgebildet, die das Trennstück hält. Denkbar ist auch eine auf der Innenseite der Axialscheibe vertiefte Prägung, in die eine von einer Seite des Trennstücks nach außen überstehende Ausformung, ein Stift oder dgl. eingreift.
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Anspruch 5 sieht eine durch örtliches Umformen auf der Innenseite der Axialscheibe hergestellte Quetschölnut in dem Bereich vor, in dem die Zähne des Hohlrads und des Ritzels am Ende des Druckbereichs wieder ein Eingriff miteinander treten. Durch die Quetschölnut kommunizieren die Zahnzwischenräume der Zahnräder der Innenzahnradpumpe in dem Bereich, in dem die Zähne am Ende des Druckbereichs wieder in Eingriff miteinander treten, mit dem Druckbereich. Die Quetschölnut vermeidet einen Einschluss der geförderten Flüssigkeit in den Zahnzwischenräumen der Zahnräder, deren Volumen sich durch eintretenden Zahn des jeweils anderen Zahnrads verkleinert. Ein Druckanstieg durch den in den Zahnzwischenraum des einen Zahnrads eintretenden Zahn des anderen Zahnrads wird vermieden. Ein solcher Druckanstieg würde die Drehlager der Zahnräder belasten und Verschleißen. Außerdem würde er die Antriebsleistung der Zahnradpumpe erhöhen und den Wirkungsgrad senken. Die Quetschölnut darf keinen Bypass zwischen dem Druck- und dem Saugbereich der Innenzahnradpumpe verursachen. Diese Ausgestaltung der Erfindung kann bei Ausführungsformen der Erfindung auch unabhängig von der durch örtliches Umformen der Axialscheibe hergestellten Fixierung für das Trennstück verwirklicht sein.
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Annspruch 6 sieht eine oder mehrere Vorsteuerkerben vor, die durch örtliches Umformen auf der Innenseite der Axialscheibe hergestellt sind. Die Vorsteuerkerbe ist eine Vertiefung, durch die Zahnzwischenräume der Zahnräder der Innenzahnradpumpe im Bereich des Trennstücks mit dem Druckbereich des Pumpenraums der Innenzahnradpumpe kommunizieren und von dort mit Druck beaufschlagt werden. Vorzugsweise wirkt die Vorsteuerkerbe als Drossel, 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. Dieser Druckausgleich zwischen den Zahnzwischenräumen der Zahnräder der Innenzahnradpumpe und dem Druckbereich des Pumpenraums vermeidet einen Drucksprung, wenn die Zahnzwischenräume ein Ende des Trennstücks erreichen und sich zum Druckbereich des Pumpenraums öffnen. Ein Drucksprung würde zu einer Druck- und Volumenstrompulsation führen, die Ursache für eine Geräuschbildung ist, einen Verschleiß erhöht und einen Wirkungsgrad einer Innenzahnradpumpe verschlechtert. Die Herstellung der Vorsteuerkerbe/n durch örtliches Umformen der Innenseite der Axialscheibe ist kostengünstig und für eine Serienfertigung, auch für eine Großserienfertigung, geeignet. Die Vorsteuerkerbe muss nicht die Form einer Kerbe aufweisen.
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Anspruch 7 sieht zwei Axialscheiben auf beiden Stirnseiten des Hohlrads und des Ritzels vor, wobei vorzugsweise beide Axialscheiben eine Fixierung für das Trennstück und/oder eine Quetschölnut aufweisen. Denkbar sind allerdings auch Ausführungsformen der Erfindung, bei der nur eine Axialscheibe die Fixierung für das Trennstück und/oder die Quetschölnut aufweist.
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Anspruch 8 sieht ein Blechteil als Axialscheibe vor, beispielsweise ein Blechstanz- und Prägeteil. Das ermöglicht eine preisgünstige Herstellung und eignet sich für eine Serien- und Großserienfertigung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe in Seitenansicht; und
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2 eine Ansicht einer Axialscheibe der Innenzahnradpumpe aus 1 gemäß der Erfindung.
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Ausführungsform 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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Im Ausführungsbeispiel ist das sichelförmige Trennstück 7 eine Schenkelfeder. 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. Eine Schenkelfeder als Trennstück ist nicht zwingend für die Erfindung. Das Trennstück kann beispielsweise auch ein massiver Körper oder zweiteilig mit einem Außen- und einen Innenteil, die gelenkig miteinander verbunden sind, ausgebildet sein.
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Die Innenzahnradpumpe 1 weist auf jeder Stirnseite ihrer Zahnräder 2, 3 eine Axialscheibe 16 auf, deren eine in 2 mit Blick auf eine den Zahnrädern 2, 3 zugewandte Innenseite gezeichnet ist. Die Axialscheiben 16 sind von der Pumpenwelle 5 und dem Stift 12 durchsetzt und dadurch drehfest gehalten. Sie erstrecken sich in Umfangsrichtung über mehr als 180° vom Saugbereich 8, den sie teilweise überdecken, über dass Trennstück 7 und den Druckbereich 9 hinweg. Für den Pumpenauslass ist ein Auslassloch 17 aus den Axialscheiben 16 ausgestanzt, das deckungsgleich mit der Auslassbohrung 11 im Pumpengehäuse ist. Die Einlassbohrung 10 mündet in Drehrichtung P der Zahnräder 2, 3 gesehen vor den Axialscheiben 16 in den Saugbereich 8 des Pumpenraums 6.
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An einer Innenseite des Jochs 15 des Trennstücks 7 weisen die Axialscheiben 16 eine Fixierung 18 für das Trennstück 7 auf. Bei der Fixierung 18 handelt es sich um einen durch Umformen, nämlich Prägen, hergestellten Prägepunkt, der auf der Innenseite der Axialscheiben 16 erhaben ist. Die Prägepunkte 18 der beiden Axialscheiben 16, die die Fixierung für das Trennstück 7 bilden, greifen auf der Innenseite des Jochs 15 des Trennstücks 7 in das Trennstück 7 ein, sie halten das Trennstück 7 in Umfangsrichtung gegen ein Mitbewegen mit den Zahnrädern 2, 3, wenn diese drehend angetrieben werden. Bei niedrigem oder fehlendem Druck im Druckbereich 9 verhindert die Fixierung 18 wie gesagt das Mitbewegen des Trennstücks 7 mit den drehenden Zahnrädern 2, 3. Mit niedrigem Druck im Druckbereich 9 ist eine niedrige oder fehlende Druckdifferenz zwischen dem Druckbereich 9 und dem Saugbereich 8 gemeint. Ist der Druck im Druckbereich deutlich höher als im Saugbereich 8, hält die Druckdifferenz zwischen dem Druckbereich 9 und dem Saugbereich 8 das Trennstück 7 in Anlage am Stift 12.
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In dem Bereich, in dem die Zähne der Zahnräder 2, 3 der Innenzahnradpumpe 1 am Ende des Druckbereichs 9 wieder in Eingriff miteinander treten, weisen die Axialscheiben 16 auf ihren den Zahnrädern 2, 3 zugewandten Innenseiten Quetschölnuten 19 auf. Die Quetschölnuten 19 sind durch örtliches Umformen, nämlich durch Prägen der Axialscheiben 16 hergestellt. Die Axialscheiben 16 sind Blechstanz- und Prägeteile. Durch die Quetschölnuten 19 kommunizieren die Zahnzwischenräume der Zahnräder 2, 3 der Innenzahnradpumpe 1 mit dem Druckbereich. Ein Einschluss von geförderter Flüssigkeit in den Zahnzwischenräumen, in die die Zähne des jeweils anderen Zahnrads 3, 2 eintreten, wenn die Zahnräder 2, 3 wieder in Eingriff miteinander treten, wird vermieden. Ein solcher Flüssigkeitseinschluss hätte eine erheblichen Druckanstieg verbunden mit einer übermäßigen Lagerbelastung zur Folge.
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Auf ihren Innenseiten weisen die Axialscheiben zwei Vorsteuerkerben 20 auf. Dabei handelt es sich um Vertiefungen, die sich vom Auslassloch 17 radial gesehen in Höhe der Zahnzwischenräume des Hohlrads 2 und des Ritzels 3 bis in einen in Längs- bzw. Umfangsrichtung gesehen mittleren Bereich des Trennstücks 7 erstrecken. Eine Tiefe und Querschnittsfläche der Vorsteuerkerben 20 verringert sich vom Auslassloch 17 zum mittleren Bereich des Trennstücks 7, wo die Vorsteuerkerben 20 auslaufen. Im Ausführungsbeispiel weisen die Vorsteuerkerben 20 einen dreieckigen Querschnitt auf, was allerdings nicht zwingend für die Erfindung ist. Durch die Vorsteuerkerben 20 kommunizieren die Zahnzwischenräume der Zahnräder 2, 3 der Innenzahnradpumpe 1 mit dem Druckbereich 9 der Innenzahnradpumpe 1, wobei die Vorsteuerkerben 20 als Drosseln wirken, so dass ein Druck in den Zahnzwischenräumen der Zahnräder 2, 3 auf den Druck im Druckbereich 9 ansteigt, bis sie den Druckbereich 9 erreichen. Ein Drucksprung beim Öffnen der Zahnzwischenräume zum Druckbereich 9 wird vermieden.
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Im Bereich des Trennstücks 7 sind den Zahnrädern 2, 3 abgewandte Außenseiten der Axialscheiben 16 druckbeaufschlagt. Dazu weist die Innenzahnradpumpe an sich bekannte, sog. Druckfelder auf. Dabei handelt es sich um Vertiefungen an den Axialscheiben 16 zugewandten Innenseiten von Stirnwänden des hier nicht dargestellten Pumpengehäuses, die sich in Umfangsrichtung im Wesentlichen wie gesagt über den Bereich des Trennstücks 7 erstrecken und radial nach außen und nach innen bis in den Bereich der Zahnzwischenräume der Zähne der Zahnräder 2, 3, evtl. auch bis in den Bereich von Zahngründen oder etwas darüber hinweg. Das eine Druckfeld auf der einen Seite der Innenzahnradpumpe 1 ist in 1 von der Axialscheibe 16 verdeckt, das andere Druckfeld befindet sich vor der Zeichenebene, weswegen die Druckfelder nicht sichtbar sind. Solche Druckfelder sind von Innenzahnradpumpen, die Axialscheiben aufweisen, an sich bekannt. Die Druckfelder kommunizieren mit dem Druckbereich 9, so dass in ihnen der Druck des Pumpenauslass herrscht, der die Außenseiten der Axialscheiben 16 im Bereich der Druckfelder beaufschlagt.
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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 saugende Rückförderpumpen bezeichnet.
