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Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Das Patent
DE 196 13 833 B4 offenbart eine Innenzahnradpumpe mit einem innenverzahnten Hohlrad und einem Ritzel, das exzentrisch im Hohlrad angeordnet ist und in einem Umfangsabschnitt mit dem Hohlrad kämmt, so dass durch einen Drehantrieb des Ritzels das Hohlrad ebenfalls drehend angetrieben wird und die Innenzahnradpumpe in an sich bekannter Weise Hydraulikflüssigkeit fördert. Das Hohlrad ist drehbar in einem Pumpengehäuse gelagert. Das Hohlrad ist ein innenverzahntes Zahnrad und das Ritzel ein außenverzahntes Zahnrad, das zur sprachlichen Unterscheidung vom Hohlrad hier als Ritzel bezeichnet wird. Das Hohlrad und das Ritzel können auch als Zahnräder der Innenzahnradpumpe bezeichnet werden. Außerhalb des Umfangsabschnitts, in dem die beiden Zahnräder der Innenzahnradpumpe miteinander kämmen, besteht ein sichelförmiger Zwischenraum zwischen dem Hohlrad und dem Ritzel, der hier als Pumpenraum bezeichnet wird. Im Pumpenraum ist ein Trennstück angeordnet, das aufgrund seiner Form auch als Sichel oder Sichelkörper bezeichnet wird. Zahnköpfe von Zähnen des Hohlrads liegen außen und Zahnköpfe von Zähnen des Ritzels innen am Trennstück an, so dass Hydraulikflüssigkeit in Zahnzwischenräumen der- Zahnräder eingeschlossen ist und bei einem Drehantrieb der Zahnräder der Innenzahnradpumpe von einer Saug- zu einer Druckseite gefördert wird. Das Trennstück teilt den Pumpenraum in einen Saugbereich und in einen Druckbereich, der Saugbereich kommuniziert mit einem Pumpeneinlass und der Druckbereich mit einem Pumpenauslass.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist einen Lagerring auf, der drehfest in einem Pumpengehäuse angeordnet ist und in dem das Hohlrad drehbar gelagert ist. Der Lagerring ermöglicht ein anderes Material für die drehbare Lagerung des Hohlrads als das Material des Pumpengehäuses, beispielsweise ein verschleißfesteres und/oder reibungsärmeres Material oder beispielsweise auch die Herstellung des Pumpengehäuses aus einem billigeren Material als dem des Lagerrings.
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Der Lagerring der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe weist eine druckbeaufschlagte Drucktasche im Bereich des Druckbereichs des Pumpenraums auf, die nach innen zum Hohlrad offen ist. Die Drucktasche ist ein Hohlraum oder eine Art Vertiefung, sie muss radial nicht tief sondern kann flach sein. Durch die Druckbeaufschlagung wird das Hohlrad im Bereich des Druckbereichs des Pumpenraums von außen mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird eine Druckbeaufschlagung des Hohlrads von innen im Druckbereich des Pumpenraums idealerweise kompensiert oder jedenfalls teilweise kompensiert. Eine resultierende Radialkraft durch die Druckbeaufschlagung von innen wird vollständig oder jedenfalls teilweise kompensiert, ggf. auch überkompensiert, so dass die resultierende, auf das Hohlrad wirkende Radialkraft Null oder jedenfalls klein oder zumindest verringert ist. Die Höhe der Kompensation hängt von der Umfangsfläche des Hohlrads ab, die die Drucktasche des Lagerrings druckbeaufschlagt, und von der Höhe der Druckbeaufschlagung in der Drucktasche im Verhältnis zur Druckbeaufschlagung des Hohlrads von innen und der innen beaufschlagten Fläche. Durch die Drucktasche im Lagerring weist die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe eine vollständige oder teilweise Radialkompensation ihres Hohlrads auf.
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Die Erfindung ist an sich für eine Innenzahnradpumpe vorgesehen, die ein Trennstück im Pumpenraum aufweist und die wegen des meist sichelförmigen Trennstücks oft als Sichelpumpe bezeichnet wird. Die Erfindung ist allerdings auch für sog. Zahnringpumpen verwendbar, die kein Trennstück im Pumpenraum aufweisen.
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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 Drucktasche mit dem Druckbereich im Pumpenraum und/oder mit dem Pumpenauslass kommuniziert, wobei der Druckbereich mit dem Pumpenauslass kommuniziert, so dass in beiden derselbe Druck herrscht, wenn man von einem Druckverlust durch die Strömung einer Hydraulikflüssigkeit durch die Innenzahnradpumpe absieht. Die Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass sich die Druckbeaufschlagung des Hohlrads in der Drucktasche von außen an die Druckbeaufschlagung im Druckbereich des Pumpenraums von innen anpasst, wodurch die Radialkompensation weitgehend unabhängig von einem sich ändernden Druck im Druckbereich des Pumpenraums und im Pumpenauslass ist.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Lagerring aus einem Kunststoff vor (Anspruch 3), beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE; Anspruch 4). Polytetrafluorethylen weist gut Gleitlagereigenschaften mit niedrigem Reibungswiderstand und hoher Verschleißstabilität auf. Ein weiterer Vorteil von Kunststoff und insbesondere Polytetrafluorethylen ist ein axiales Kalibrieren des Lagerrings mit einer genauen Anpassung an eine Breite der Zahnräder und, sofern vorhanden, eines Trennstücks der Innenzahnradpumpe.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine Dichtlippe an einem Umfangsende der Dichttasche vor, die außen am Hohlrad anliegt (Anspruch 5). Vorzugsweise sind solche Dichtlippen an beiden Umfangsenden der Dichttasche vorgesehen. Eine Elastizität des Lagerings, insbesondere wenn er aus Kunststoff besteht, ermöglicht die Ausbildung einer solchen Dichtlippe.
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Zur Abdichtung sieht Anspruch 6 vor, dass die Dichtlippe auf einer Außenseite von dem Druck beaufschlagt ist, der in der Drucktasche herrscht. Dadurch wird die Dichtlippe bei höherem Druck stärker an die Außenseite des Hohlrads gedrückt, wodurch sie bei hohen Drücken ebenso gut abdichtet wie bei niedrigen Drücken.
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Anspruch 7 sieht zur Seite hin offene Dichttaschen vor. Eine Abdichtung an angrenzenden Stirnwänden des Pumpengehäuses oder an sog. Axialscheiben, die den Pumpenraum und die Dichttasche seitlich begrenzen, erfolgt mit einer Dichtung die von dem Druck beaufschlagt wird, der in der Dichttasche herrscht. Der in der Dichttasche herrschende und auf die Dichtung wirkende Druck drückt die Dichtung radial zusammen, wodurch sich die Dichtung zur Seite ausdehnt. Das bedeutet, dass die Dichtung mit steigendem Druck stärker an den Stirnwänden des Pumpengehäuses oder den Axialscheiben anliegt, so dass die Dichtwirkung bei steigendem Druck verbessert ist. Dadurch wird eine gute Abdichtung bei niedrigem Druck ebenso wie bei hohem Druck erreicht.
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Anspruch 8 sieht vor, dass die Dichtung der Dichttasche aus einem Elastomer besteht, der aufgrund seiner Materialeigenschaften als besonders geeignet für die seitliche Abdichtung der Dichttasche insbesondere auch bei wechselnden Drücken erscheint.
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Insbesondere ist die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe als Hydropumpe einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage vorgesehen, beispielsweise als sog. Rückförderpumpe einer schlupfgeregelten hydraulischen Fahrzeugbremsanlage und/oder zur Druckerzeugung einer hydraulischen Fremdkraft Fahrzeugbremsanlage. Dies ist Gegenstand des Anspruchs 9. Weil Bremsflüssigkeit schlechtere Schmiereigenschaften aufweist als Hydraulikflüssigkeit ist bei Verwendung der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe in hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen die Drehlagerung des Hohlrads in einem eigenen Lagerring, anstatt unmittelbar in einem Pumpengehäuse hier von besonderem Vorteil. Auch stellen kleine Abmessungen – als Hydropumpe einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage weisen die Zahnräder der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe eine Breite von etwa 2 bis 3 mm auf – besondere Anforderungen u.a. an die Herstellungsgenauigkeit, die sich mit der erfindungsgemäßen Konstruktion besser lösen lassen als bei einer Drehlagerung des Hohlrads unmittelbar in einem Pumpengehäuse.
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Das Pumpengehäuse der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe kann ein sog. Hydraulikblock bzw. ein Bereich eines solchen Hydraulikblocks einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage sein (Anspruch 8). Solche Hydraulikblöcke sind bekannt von schlupfgeregelten hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen. In sie sind außer der oder den Hydropumpen, hier also der Innenzahnradpumpe bzw. für jeden Bremskreis einer solchen Innenzahnradpumpe, Magnetventile, Hydrospeicher und sonstige hydraulische Bauelemente der Schlupfregelung eingebaut und hydraulisch miteinander verschaltet. Ein Elektromotor als Pumpenmotor zum Antrieb der Innenzahnradpumpen ist üblicherweise an den Hydraulikblock angeflanscht.
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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. Die einzige Figur zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe 1 ist als Hydro- oder sog. Rückförderpumpe in einer hydraulischen, eine Schlupfregelung aufweisenden Fahrzeugbremsanlage vorgesehen. Das Ritzel 2 ist exzentrisch in einem innenverzahnten Hohlrad 4 angeordnet, das drehbar in einem Lagerring 5 aufgenommen ist. Das Ritzel 2 kämmt in einem Umfangsabschnitt mit dem Hohlrad 4. Durch Drehantrieb des Ritzels 2 mit der Pumpenwelle 3 wird das Hohlrad 4 drehend mit angetrieben, so dass die Innenzahnradpumpe 1 in an sich bekannter Weise Fluid, in der dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 1 Bremsflüssigkeit, fördert. Das Ritzel 2 und das Hohlrad 4 werden auch als Zahnräder 2, 4 der Innenzahnradpumpe 1 bezeichnet. Dem Umfangsabschnitt gegenüber, in dem die Zahnräder 2, 4 miteinander kämmen, weist die Innenzahnradpumpe 1 einen sichelförmigen Pumpenraum 6 zwischen dem Ritzel 2 und dem Hohlrad 4 auf. Im Bereich beider Enden des Pumpenaums 6 münden Bohrungen parallel zur Pumpenwelle 3 in den Pumpenraum 6. Eine der beiden Bohrungen bildet einen Pumpeneinlass 7, die andere einen Pumpenauslass 8. Der Pumpeneinlass 7 kann auch als Saugseite und der Pumpenauslass 8 als Druckseite der Innenzahnradpumpe 1 aufgefasst werden.
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Zwischen dem Pumpeneinlass 7 und dem Pumpenauslass 8 ist ein Trennstück 9 im Pumpenraum 6 angeordnet, das aufgrund seiner Form oft auch als Sichel oder Sichelstück bezeichnet wird. Das Trennstück 9 trennt eine Saug- und Einlassseite S des Pumpenraums 6 von einer Druck- und Auslassseite P. Eine Außenseite des Trennstücks 9 liegt an Zahnköpfen von Zähnen des Hohlrads 4 und eine Innenseite des Trennstücks 9 liegt an Zahnköpfen von Zähnen des Ritzels 2 an. Auf der Saugseite S stützt sich das Trennstück 9 an einem Bolzen ab, der den Pumpenraum 6 auf der Saugseite S des Trennstücks 9 parallel zur Pumpenwelle 3 durchsetzt und ein Widerlager 16 für das Trennstück 9 bildet.
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Der Lagerring 5 ist drehfest in einem Pumpengehäuse 10 angeordnet. Sie weist ein Ritzel 2, also ein außenverzahntes Zahnrad, auf, das drehfest auf einer Pumpenwelle 3 angeordnet ist. Gehäusedeckel sind nicht gezeichnet, damit die Innenteile der Innenzahnradpumpe 1 sichtbar sind. Seitlich wird der Pumpenraum 6 von Axialplatten 11 begrenzt, die an Stirnseiten der Zahnräder 2, 4, des Trennstücks 9 und des Lagerrings 5 anliegen. Die Axialplatten 11 werden von der Pumpenwelle 3 und dem Widerlager 16 durchsetzt und sind dadurch drehfest gehalten. Axial sind die Axialplatten 11 beweglich, sie werden auf ihren den Zahnrädern 2, 4 abgewandten Außenseite mit einem im Pumpenauslass 8 herrschenden Druck beaufschlagt und dadurch in dichtende Anlage an die Stirnseiten der Zahnräder 2, 4 und des Trennstücks 9 gedrückt. Die Axialplatten 11 decken die Druckseite P und das Trennstück 9 ab und reichen bis in einen Teil der Saugseite S, die nur teilweise von den Axialplatten 11 abgedeckt ist. Für den Pumpenauslass weist zumindest eine der beiden Axialplatten 11 ein Loch deckungsgleich mit dem Pumpenauslass 8 auf. Der Pumpeneinlass 7 befindet sich außerhalb der Axialplatten 11.
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Im Bereich der Druckseite P des Pumpenraums 6 weist der Lagerring 5 eine Drucktasche 12 auf, die sich in Umfangsrichtung von einem Mittelbereich des Trennstücks 9 bis nahe dem Bereich erstreckt, in dem die Zahnräder 2, 4 in Eingriff miteinander gelangen. Die Drucktasche 12 ist eine an der Innenseite des Lagerrings 5 offene Aussparung. In ihr herrscht der Druck aus dem Pumpenauslass 8 bzw. der Druckseite P des Pumpenraums 6. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kommuniziert die Drucktasche 12 im Lagerring 5 durch Kerben 13 in den den Zahnrädern 2, 4 zugewandten Innenseiten der Axialplatten 11 mit der Druckseite P. Die Kerben 13 sind T-förmig, ihr Schaft erstreckt sich radial von der Druckseite P nach außen bis zur Drucktasche 12, wo sich ein Joch der Kerben 13 ein Stück weit in Umfangsrichtung erstreckt. Die Form der Kerben 13 ist nicht zwingend für die Erfindung, wesentlich ist, dass die Drucktasche 12 mit dem Druck der Druckseite P bzw. des Pumpenauslass 8 kommuniziert, was grundsätzlich auch noch in anderer Weise als mit den Kerben 13 in den Innenseiten der Axialscheiben 11 bewerkstelligt sein kann.
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Im Bereich der Drucktasche 12 wird eine Außenseite des Hohlrads 4 mit demselben Druck beaufschlagt, mit dem das Hohlrad 4 auf der Druckseite P auch von innen beaufschlagt wird. Das gilt unabhängig von der Höhe des Drucks auf der Druckseite P, also auch bei sich änderndem Druck im Pumpenauslass 8. Mit der Drucktasche 12, die mit dem Druck der Druckseite P beaufschlagt ist, erfolgt ein vollständiger, teilweiser oder ein Überausgleich einer Radialkraft, die der Druck auf der Innenseite des Hohlrads 4 bewirkt. Die Höhe der Axialkraftkompensation hängt davon ab, wie weit sich die Drucktasche 12 in Umfangrichtung erstreckt. Mit einer längeren Drucktasche 12 lässt sich eine nach innen gerichtete Radialkraft auf das Hohlrad 4 erreichen, mit einer in Umfangsrichtung kürzeren Drucktasche 12 eine nach außen gerichtete Radialkraft auf das Hohlrad 4. Anzustreben ist normalerweise eine Drucktasche 12, die die Radialkraft ausgleicht, so dass das Hohlrad 4 radialkraftfrei ist, oder eine geringe Überkompensation, die das Hohlrad 4 mit geringer Kraft gegen die der Drucktasche 12 gegenüberliegenden Seite des Lagerrings 5 drückt.
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An Seiten ist die Drucktasche 12 offen. Eine Abdichtung zu den Axialplatten 11 erfolgt mit einer streifenförmigen Dichtung 14, die an einem Grund, d.h. einer Außenseite, der Drucktasche 12 angeordnet ist. Die Dichtung 14 wird mit dem in der Drucktasche 12 herrschenden Druck, also mit dem Auslassdruck der Innenzahnradpumpe 1, beaufschlagt. Die Druckbeaufschlagung drückt die Dichtung 14 radial zusammen, wodurch sie sich zur Seite ausdehnt. Dadurch wird die Dichtung 14 bei steigendem Auslassdruck stärker zur Seite nach außen gegen die Axialplatten 11 gedrückt, wodurch sie auch bei hohem Auslassdruck gut abdichtet. Die Dichtung 14 besteht aus einem Elastomer, der aufgrund seiner Eigenschaft als gut geeignet für die seitliche Abdichtung der Drucktasche 12 erscheint.
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Der Lagerring 5 besteht aus einem Kunststoff, der aufgrund seiner Elastizität die Ausbildung von Dichtlippen 15 an Umfangsenden der Drucktasche 12 ermöglicht. Die Dichtlippen 15 liegen außen am Hohlrad 4 an und werden auf ihren Außenseiten von dem Druck beaufschlagt, der in der Drucktasche 12 herrscht, also vom Auslassdruck der Innenzahnradpumpe 1. Dadurch wird eine gute Abdichtung der Drucktasche 12 an ihren Umfangsenden erreicht. Im Ausführungsbeispiel besteht der Lagerring aus Polytetrafluorethylen (PTFE), das gute Gleiteigenschaften und geringen Verschleiß aufweist und zudem für die Dichtlippen 15 geeignet ist.
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Die Innenzahnradpumpe 1 ist eine Hydropumpe einer nicht dargestellten hydraulischen Fahrzeugbremsanlage. Sie ist als sog. Rückförderpumpe für eine Schlupfregelung und/oder zum Druckaufbau in einer hydraulischen Fremdkraft Fahrzeugbremsanlage vorgesehen. Das Pumpengehäuse 10 wird von einem Hydraulikblock der Fahrzeugbremsanlage gebildet, von dem in der Zeichnung ein die Innenzahnradpumpe umgebendes Bruchstück gezeigt ist. Im Hydraulikblock sind weitere hydraulische Bauelemente wie Magnetventile, Dämpferkammern, Hydrospeicher und dgl. angeordnet und hydraulisch miteinander verschaltet. Solche Hydraulikblöcke sind für schlupfgeregelte hydraulische Fahrzeugbremsanlagen bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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