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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Stand der Technik
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Innenzahnradpumpen oder sogenannte Gerotorpumpen, die besonders zur Bereitstellung hoher Drücke geeignet sind, werden zur Förderung von Fluiden eingesetzt, wie beispielsweise zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Die aus dem Stand der Technik bekannten Innenzahnradpumpen weisen üblicherweise einen Zulauf und einen Ablauf, welche über Kanäle – auch als Portings oder Nieren bekannt – im Pumpengehäuse und/oder im Deckel der Pumpe realisiert sind. Die Anordnung des Zulaufs und des Ablaufs kann dabei einseitig oder beidseitig an dem Pumpengehäuse bzw. Deckel vorgesehen sein.
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Eine Innenzahnradpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise in
DE 100 35 900 A1 beschrieben. Die dortige Innenzahnradpumpe weist einen innenverzahnten Zahnring und ein außenverzahntes Ritzel bzw. Zahnrad auf, das zum Erzeugen einer Pumpenwirkung mit dem innenverzahnten Zahnring zusammenwirkt.
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In
DE 10 2006 007 554 A1 ist eine Förderpumpe beschrieben, welche in einen Elektromotor integriert ist. Die Förderpumpe umfasst ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Zwischen den beiden Zahnrädern bildet sich ein Förderraum aus. Das zweite Zahnrad lagert in seiner Mitte auf einem Dom. Das erste Zahnrad ist ein Außenzahnrad und bildet den Rotor, das zweite Zahnrad ist ein Innenzahnrad, welches im außermittigen Zentrum des ersten Zahnrads mitgeschleppt wird.
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Bei diesen sogenannten Gerotorpumpen sind der innenverzahnte Zahnring und das außenverzahnte Zahnrad immer exzentrisch zueinander gelagert. Die Zu- und Abströmung des zu fördernden Fluids erfolgt dabei über Strömungskanäle bzw. über sogenannte Zu- und Ablaufnieren, die bei den aus dem Stand der Technik bekannten Gerotorpumpen grundsätzlich symmetrisch zu der Richtung einer „theoretischen” Exzentrizität der Lagerstellen des innenverzahnten Zahnrings und des außenverzahnten Zahnrads angeordnet sind.
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Außerdem sind der innenverzahnte Zahnring und das außenverzahnte Zahnrad in den aus dem Stand der Technik bekannten Gerotorpumpen mittels Gleit- oder Wälzlagern gelagert, wobei diese Gleit- oder Wälzlager stets ein Lagerspiel aufweisen, welche eine Bewegung der Bauteile der Pumpe innerhalb dieser Spiele ermöglichen.
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Da jedoch die Position des innenverzahnten Zahnrings und des außenverzahnten Zahnrads somit innerhalb der entsprechenden Lagerspiele variabel ist, erfolgt die Ausrichtung von innenverzahntem Zahnring (bzw. Rotor) und außenverzahnten Zahnrad (bzw. Ritzel) entsprechend der Lagerbelastung sowie sonstiger dynamischer Effekte. Die hierbei eingenommene „tatsächliche” Exzentrizität von innenverzahntem Zahnring und außenverzahnten Zahnrad entspricht dabei nicht der oben erwähnten „theoretischen” Exzentrizität. Hierdurch stimmt vor allem bei entsprechend großen Lagerspielen unter Belastung die Lage von Verzahnung und Zu- bzw. Ablaufkanäle nicht überein, wodurch es zu unerwünschten Strömungsverlusten kommt.
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Daher ist es wünschenswert, eine Zahnradpumpe und ein Verfahren zur Herstellung einer Zahnradpumpe bereitzustellen, bei welchen diese unerwünschten Strömungsverluste auch bei großen Lagerspielen und unter entsprechender Belastung des Zahnradsatzes vermieden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids mit einem drehbar gelagerten außenverzahnten Zahnrad und einem innenverzahnten Zahnring bereitgestellt, welche zusammen eine Verzahnung bilden und zur Erzeugung einer Förderwirkung in kämmendem Eingriff stehen, wobei das außenverzahnte Zahnrad mit einem ersten Lagerspiel und der innenverzahnte Zahnring mit einem zweiten Lagerspiel exzentrisch zueinander gelagert sind, und mit einem saugseitigen Zulaufkanal und einem druckseitigen Ablaufkanal, wobei der saugseitige Zulaufkanal und der druckseitige Ablaufkanal in einem Gehäuse oder Deckel beidseitig einer vorbestimmten Achse angeordnet sind, wobei die vorbestimmte Achse eine sekundäre Achse ist, welche durch die Exzentrizität der Lagerstellen des innenverzahnten Zahnrings und des außenverzahnten Zahnrads unter Belastung beim Betrieb der Zahnradpumpe definiert ist. Die sekundäre Achse entspricht einer tatsächlichen Exzentrizität der Lagerstellen, welche das erste und das zweite Lagerspiel einbezieht, und welche unterschiedlich zu einer primären Achse ist, welche sich aus der Richtung der theoretischen Exzentrizität der Lagerstellen ohne Einbeziehen des ersten und des zweiten Lagerspiels ergibt. Durch die gezielte Ausrichtung der Exzentrizität und Position des Zu- und Ablaufkanals kann selbst unter Belastung und trotz großer Lagerspiele eine Überdeckung von Verzahnung und Zu- und Ablaufkanälen erreicht werden und hierdurch werden vorteilhafterweise Strömungsverluste verringert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wirkt der innenverzahnte Zahnring als Rotor.
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Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist die sekundäre Achse eine Spiegelsymmetrieachse.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das außenverzahnte Zahnrad und der innenverzahnte Zahnring gleitgelagert.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind das außenverzahnte Zahnrad und der innenverzahnte Zahnring mittels eines Wälzlagers gelagert.
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Vorzugsweise ist der innenverzahnte Zahnring in einer Lagerschale gelagert.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn der Zulaufkanal als Zulaufniere und der Ablaufkanal als Ablaufniere in dem Gehäuse oder dem Deckel der Zahnradpumpe ausgebildet sind.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführugnsform ist die Zahnradpumpe eine Innenzahnradpumpe.
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Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids bereitgestellt, wobei die Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids mit einem drehbar gelagerten außenverzahnten Zahnrad und einem innenverzahnten Zahnring, welche zusammen eine Verzahnung bilden und zur Erzeugung einer Förderwirkung in kämmendem Eingriff stehen, ausgebildet ist, wobei das außenverzahnte Zahnrad mit einem ersten Lagerspiel und der innenverzahnte Zahnring mit einem zweiten Lagerspiel exzentrisch zueinander gelagert sind, und mit einem saugseitigen Zulaufkanal und einem druckseitigen Ablaufkanal, wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Ausrichten des Gehäuses oder Deckels derartig, dass der Zulaufkanal und der Ablaufkanal in dem Gehäuse oder Deckel beidseitig einer vorbestimmten Achse angeordnet sind, wobei die vorbestimmte Achse eine sekundäre Achse, insbesondere eine sekundäre Spiegelsymmetrieachse, ist, welche durch die Exzentrizität der Lagerstellen des innenverzahnten Zahnrings und des außenverzahnten Zahnrads unter Belastung beim Betrieb der Zahnradpumpe definiert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem eine gezielte Ausrichtung der Exzentrizität und Position des Zu- und Ablaufkanals vorgenommen wird, kann selbst unter Belastung und trotz großer Lagerspiele eine Überdeckung von Verzahnung und Zu- und Ablaufkanälen erreicht werden, wodurch vorteilhafterweise Strömungsverluste verringert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Zahnradpumpe gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals und des Ablaufkanals gemäß dem Stand der Technik; und
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3 eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals und des Ablaufkanals gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zahnradpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Zahnradpumpe 1 umfasst ein Zahnradpaar, welches aus einen innenverzahnten Zahnring 2, der als Rotor wirkt, und einem außenverzahnten Zahnrad 3 bzw. Ritzel besteht. Das außenverzahnte Zahnrad 3 ist exzentrisch zum innenverzahnten Zahnring 2 drehbar auf einem Lagerzapfen 4 angeordnet. Wird das außenverzahnte Zahnrad 3 in eine Drehbewegung versetzt, so kämmt die Außenverzahnung des außenverzahnten Zahnrads 3 in der Innenverzahnung des Zahnrings 2 und erzeugt einen Fördervolumenstrom des Fluids, in welchem die Verzahnung läuft. Die Drehrichtung des als Rotor wirkenden innenverzahnten Zahnrings 2 ist durch den mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichneten Pfeil angedeutet. Der innenverzahnte Zahnring 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3 sind gleitgelagert und weisen ein jeweiliges Lagerspiel auf.
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Weiterhin ist das Zahnradpaar aus dem innenverzahnten Zahnring 2 und dem außenverzahnten Zahnrad 3 in einem Gehäuse (hier nicht dargestellt) angeordnet. Außerdem sind der innenverzahnte Zahnring 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3, wie oben bereits erwähnt, exzentrisch zueinander gelagert, wobei die Exzentrizität, welche hier einer theoretischen” Exzentrizität entspricht, durch das Bezugszeichen 8 gekennzeichnet ist. Weiterhin sind ein Zulaufkanal 5 zum Einleiten des Fluids in das Innere der Zahnradpumpe 1 und ein Ablaufkanal 6 zum Ableiten des zu fördernden Fluids aus der Zahnradpumpe 1 heraus durch die gestrichelten Linien angedeutet. Der Zulaufkanal 5 und der Ablaufkanal 6 sind hier um 180° zueinander versetzt angeordnet und sind als Zulaufniere bzw. Ablaufniere ausgebildet. An dem Zulaufkanal 5 wird die Saugseite der Zahnradpumpe 1 und an dem Ablaufkanal 6 die Druckseite der Zahnradpumpe 1 gebildet. Der Zulaufkanal 5 und der Ablaufkanal 6 sind in dem Gehäuse oder dem Deckel der Zahnradpumpe 1 ausgebildet.
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2 ist eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals 5 und des Ablaufkanals 6 gemäß dem Stand der Technik. Wie hier deutlich erkennbar ist, sind sowohl der Zulaufkanal 5 als auch der Ablaufkanal 6 nierenförmig ausgebildet und in der hier dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Eine primäre Achse 7, welche hier eine primäre Spiegelsymmetrieachse ist, wird hierbei durch die Richtung der „theoretischen” Exzentrizität 8 bestimmt. Diese Anordnung führt zu den bereits beschriebenen Strömungsverlusten, da aufgrund der Lagerspiele unter Belastung die Lage der Verzahnung und die Zu- und Ablaufkanäle 5, 6 nicht übereinstimmen.
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3 ist eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals 5 und des Ablaufkanals 6 gemäß einer Ausführungsform. Durch das Bezugszeichen 14 wird der äußere Umfang des Lagerzapfens 4 gekennzeichnet, auf welchem das außenverzahnte Zahnrad 3 gelagert ist, dessen innerer Durchmesser durch das Bezugszeichen 15 gekennzeichnet ist. Weiterhin wird der äußere Umfang des innenverzahnten Zahnrings 2 durch das Bezugszeichen 16 und der innere Durchmesser der Lagerschale, in welcher der innenverzahnte Zahnring 2 gelagert ist, durch das Bezugszeichen 17 gekennzeichnet. Durch das Bezugszeichen 8 wird wiederum die theoretische” Exzentrizität und die sich daraus ergebende primäre Achse 7 gekennzeichnet. Jedoch sind im Gegensatz zu der in 1 und 2 dargestellten Anordnung der Zulaufkanal 5 und der Ablaufkanal 6 nicht beidseitig der primären Achse 7 entsprechend der Richtung der theoretischen” Exzentrizität 8 angeordnet, sondern sind hier entsprechend der Richtung einer „tatsächlichen” Exzentrizität 10 zwischen dem innenverzahnten Zahnring 2 und dem außenverzahnten Zahnrad 3, aus welcher sich eine sekundäre Achse 11, hier in der Ausführungsform eine sekundäre Spiegelsymmetrieachse, ergibt, angeordnet. Die „tatsächliche” Exzentrizität 10 bezieht ein erstes Lagerspiel 12 bzw. den sich daraus ergebenden Versatz des außenverzahnten Zahnrads 3 und ein zweites Lagerspiel 13 bzw. den sich daraus ergebenden Versatz des innenverzahnten Zahnrings 2 mit ein.
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Durch eine Zahnradpumpe 1, bei welcher die Ausrichtung des Zulaufkanals 5 und des Ablaufkanals 6 entsprechend der „tatsächlichen” Exzentrizität 10 beidseitig der sekundären Achse 11 erfolgt, werden Strömungsverluste effektiv und auf einfache Art und Weise vermieden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10035900 A1 [0003]
- DE 102006007554 A1 [0004]
