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Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe mit mindestens zwei in einem Eingriffsbereich miteinander kämmenden Zahnrädern und mit einem Bypasskolben, der einen Druckabbau der angetriebenen Außenzahnradpumpe dahingehend ermöglicht, dass eine überschüssige Fördermenge über einen Bypass von einer Druckseite zu einer Saugseite der angetriebenen Außenzahnradpumpe gelangt.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 44 36 518 A1 ist eine Zahnradpumpe mit zwei in einem Gehäuse miteinander kämmenden Zahnrädern bekannt, an deren Stirnseite ein Kolben anliegt, der in einem Hohlzylinder axial verschieblich gelagert ist. Bei Überschreiten einer bestimmten Fördermenge beziehungsweise eines vorgegebenen Betriebsdrucks wird der Kolben gegen eine Federkraft in den Hohlzylinder hineingeschoben, so dass sich zwischen dem Kolbenboden und der Stirnseite des Zahnrads ein Spalt öffnet, ein Druckabbau erfolgt und die überschüssige Fördermenge über diesen Bypass unmittelbar zur Saugseite des Pumpenraums der Zahnradpumpe strömen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer bei einer Außenzahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verlängern.
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Die Aufgabe ist bei einer Außenzahnradpumpe mit mindestens zwei in einem Eingriffsbereich miteinander kämmenden Zahnrädern und mit einem Bypasskolben, der einen Druckabbau der angetriebenen Außenzahnradpumpe dahingehend ermöglicht, dass eine überschüssige Fördermenge über einen Bypass von einer Druckseite zu einer Saugseite der angetriebenen Außenzahnradpumpe gelangt, dadurch gelöst, dass der Bypasskolben bei geschlossenem Bypass mit einem geringen Spiel zu den in dem Eingriffsbereich miteinander kämmenden Zahnrädern angeordnet ist. Die Außenzahnradpumpe ist vorzugsweise mechanisch angetrieben. Zum Antrieb der Außenzahnradpumpe wird zum Beispiel eine Antriebswelle verwendet, die mechanisch mit einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Über den geöffneten Bypass können, insbesondere wenn das Fördermedium der Außenzahnradpumpe kalt und zäh ist, hohe Rückstaudrücke und die damit verbundenen Verluste vermieden werden. Das liefert den Vorteil, dass die Außenzahnradpumpe nicht von der Brennkraftmaschine abgekoppelt werden muss, wenn keine Förderung benötigt wird und die Brennkraftmaschine läuft. Durch das geringe Spiel zwischen dem Bypasskolben und den sich drehenden Zahnrädern können unerwünschte Reibungsverluste, Verschleiß und Beschädigungen der angetriebenen Außenzahnradpumpe deutlich reduziert werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskolben einen Außendurchmesser aufweist, der deutlich kleiner als der Außendurchmesser der miteinander kämmenden Zahnräder ist. Dadurch wird erreicht, dass eine axiale Anlagefläche für die Zahnräder, zum Beispiel an einem Gehäuse der Außenzahnradpumpe, durch den Bypasskolben nicht so stark reduziert wird, wie zum Beispiel bei der aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 44 36 518 A1 bekannten Zahnradpumpe.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskolben bei geschlossenem Bypass an einem Gehäuseabsatz abgestützt ist. Der Gehäuseabsatz kann in einem topfartigen Gehäusegrundkörper oder in einem Deckel des Gehäuses vorgesehen sein. Durch die Abstützung des Bypasskolbens an dem Gehäuseabsatz wird auf einfache Art und Weise ermöglicht, dass der Bypasskolben mit geringem Spiel zu dem Eingriffsbereich der miteinander kämmenden Zahnräder angeordnet werden kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskolben hydraulisch gegen den Gehäuseabsatz vorgespannt ist. Durch die hydraulische Vorspannung wird erreicht, dass der Bypasskolben bei geschlossenem Bypass an dem Gehäuseabsatz anliegt. Die hydraulische Vorspannung kann durch einen Hydraulikdruck erzeugt werden, der auf den Bypasskolben wirkt. Wenn der Hydraulikdruck reduziert wird, und/oder, wenn der Förderdruck der Außenzahnradpumpe im Eingriffsbereich der miteinander kämmenden Zahnräder größer als die hydraulische Vorspannung wird, dann bewegt sich der Bypasskolben von dem Gehäuseabsatz weg und gibt den Bypass frei.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskolben durch eine Feder gegen den Gehäuseabsatz vorgespannt ist. Bei der Feder handelt es sich vorzugsweise um eine Druckfeder, durch die der Bypasskolben bei geschlossenem Bypass in Anlage an dem Gehäuseabsatz gehalten wird. Wenn der Förderdruck im Eingriffsbereich der miteinander kämmenden Zahnräder größ er wird als die Vorspannkraft der Feder, dann öffnet der Bypass. Der Bypasskolben kann zusätzlich mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt sein, um das Ansteuern des Hydraulikkolbens zu verbessern. Die Feder kann dazu verwendet werden, zusammen mit dem Bypasskolben ein Druckbegrenzungsventil darzustellen. Wird dann über eine Differenzfläche an dem Bypasskolben zum Beispiel der Förderdruck der Außenzahnradpumpe als Steuerungskraft auf den Bypasskolben zurückgeführt, dann kann mit dem Bypasskolben auch die Funktion eines Differenzdruckventils dargestellt werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Bypasskolben, zumindest teilweise, aus einem Material mit einem Form- beziehungsweise Gestalterinnerungsvermögen, also einer so genannten Shape-Memory-Alloy herzustellen. Dadurch kann erreicht werden, dass der Bypasskolben seine Gestalt, insbesondere seine Größe, temperaturabhängig verändert. Dieser Effekt kann zur Steuerung des Bypass verwendet werden. In Zusammenhang mit dem Bypasskolben können auch weitere temperaturabhängige Komponenten verwendet werden, die eine Steuerungskraft und/oder einen Steuerungsweg zur Verfügung stellen. Die Steuerungskraft auf den Bypasskolben kann auch mechanisch, elektrisch oder durch eine andere technische Größe aufgebracht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskolben einen axialen Führungsabschnitt aufweist, mit dem der Bypasskolben in einer Gehäuseausnehmung hin und her bewegbar geführt ist. Die Gehäuseausnehmung kann in einem topfartigen Gehäusegrundkörper oder in einem Deckel des Gehäuses angeordnet sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskolben einen axialen Bypassabschnitt aufweist, der einen kleineren Außendurchmesser als der Führungsabschnitt aufweist und an dessen freiem Ende eine Bypassschließfläche ausgebildet ist. Die Bypassschließfläche ist zum Beispiel kreisförmig und bei geschlossenem Bypass mit geringem Spiel zu den in dem Eingriffsbereich miteinander kämmenden Zahnrädern angeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt eine größere axiale Ausdehnung aufweist als der Bypassabschnitt. Dadurch wird die Führung des Bypasskolbens in der Gehäuseausnehmung verbessert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Außenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskolben zwischen dem Führungsabschnitt und dem Bypassabschnitt eine Stufe aufweist, mit welcher der Bypasskolben bei geschlossenem Bypass an dem Gehäuseabsatz anschlägt. Über die axiale Ausdehnung des Bypassabschnitts kann das Spiel zwischen der Bypassschließfläche und den in dem Eingriffsbereich miteinander kämmenden Zahnrädern eingestellt werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer vorab beschriebenen Außenzahnradpumpe zur Versorgung einer hydraulischen Steuerung, insbesondere eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs. Die hydraulischen Steuerungen in Automatikgetrieben versorgen einerseits die Getriebeaktoren und werden andererseits häufig auch für Kühl- und Schmierfunktionen benötigt. Durch die erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe wird eine vorteilhafte Alternative zu einer mechanischen Abkopplung der Pumpe von ihrem mechanischen Antrieb bereitgestellt. Über den von dem Bypasskolben freigegebenen Bypass kann die Außenzahnradpumpe bedarfsabhängig kurzgeschlossen werden, um Druckverluste der angetriebenen Pumpe zu minimieren. Dadurch wird die Förderung der Außenzahnradpumpe unterbrochen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Außenzahnradpumpe im Längsschnitt mit einem geschlossenen Bypass;
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2 die Außenzahnradpumpe aus 1 mit geöffnetem Bypass und
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3 ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in den 1 und 2 mit einem durch eine Feder vorgespannten Bypasskolben in seiner Schließstellung.
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In den 1 und 2 ist eine Außenzahnradpumpe 1 mit einem Pumpengehäuse 2 im Längsschnitt mit geöffnetem und geschlossenem Bypass dargestellt. Das Pumpengehäuse 2 umfasst einen topfartigen Gehäusegrundkörper, dessen Boden von einer Platte 3 verstärkt wird. Der topfartige Grundkörper des Pumpengehäuses 2 ist durch einen Pumpendeckel 4 verschlossen.
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In dem Pumpengehäuse 2 kämmen zwei Zahnräder 11, 12 miteinander. Das Zahnrad 11 ist durch eine (nicht dargestellte) Antriebswelle 14 über einen Mitnehmer 15 angetrieben. Das Zahnrad 12 ist auf einem Stehlager 18 drehbar in dem Pumpengehäuse 2 gelagert. In einem Eingriffsbereich 20 kämmen die beiden Zahnräder 11, 12 so miteinander, dass ein Fördermedium mit Hilfe der beiden Zahnräder 11, 12 von einer Saugseite zu einer Druckseite der Außenzahnradpumpe 1 gefördert wird, solange das Zahnrad 11 über die Antriebswelle 14 angetrieben wird.
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Das Pumpengehäuse 2 weist in dem Eingriffsbereich 20 der beiden Zahnräder 11, 12 eine Gehäuseausnehmung 24 auf, in welcher ein Bypasskolben 25 hin und her bewegbar geführt ist. Der Bypasskolben 25 begrenzt mit seiner dem Eingriffsbereich 20 abgewandten Stirnseite einen Steuerdruckraum 26, der mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist. Der Bypasskolben 25 ist über den Steuerdruckraum 26 hydraulisch gegen einen Gehäuseabsatz 30 vorgespannt, der in der Gehäuseausnehmung 24 ausgebildet ist.
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Der Bypasskolben 25 ist in axialer Richtung in einen axialen Führungsabschnitt 31 und einen axialen Bypassabschnitt 32 unterteilt. Der axiale Führungsabschnitt 31 hat einen größeren Außendurchmesser als der axiale Bypassabschnitt 32. Zwischen dem Führungsabschnitt 31 und dem Bypassabschnitt 32 ist eine Stufe 33 ausgebildet, mit welcher der Bypasskolben 25 in seiner in 1 dargestellten Schließstellung an dem Gehäuseabsatz 30 anliegt oder anschlägt. An seiner dem Eingriffsbereich 20 zugewandten Stirnseite weist der Bypasskolben 25 eine Bypassschließfläche 35 auf, die in der Schließstellung des Bypasskolbens 25 mit einem geringen Spiel, das in 1 nicht sichtbar ist, zu den Zahnrädern 11 und 12 im Eingriffsbereich 20 angeordnet ist.
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In seiner in 2 dargestellten Öffnungsstellung ist der Bypasskolben 25 mit seiner Bypassschließfläche 35 soweit von den Zahnrädern 11 und 12 im Eingriffsbereich 20 beabstandet, dass ein ausreichend großer Bypass 40 freigegeben wird, der die Druckseite mit der Saugseite der Außenzahnradpumpe 1 kurzschließt. Das Öffnen des Bypasskolbens 25 wird zum Beispiel durch Verringern des Hydraulikdrucks in dem Steuerdruckraum 26 bewirkt. Durch eine entsprechende Druckerhöhung in dem Steuerdruckraum 26 kann der Bypasskolben 25 bedarfsabhängig wieder geschlossen werden.
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In 3 ist eine Außenzahnradpumpe 41 dargestellt, die der Außenzahnradpumpe 1 der 1 und 2 sehr ähnlich ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zwischen den beiden Außenzahnradpumpen 1 und 41 eingegangen.
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Bei der in 3 dargestellten Außenzahnradpumpe 41 ist der Bypasskolben 45 durch eine Feder 46 in seine Schließstellung vorgespannt. Die Feder 46 als Schraubendruckfeder ausgeführt und teilweise in einer entsprechenden Ausnehmung des Bypasskolbens 45 aufgenommen. Der Bypasskolben 45 kann über den Steuerdruckraum 26 zusätzlich hydraulisch angesteuert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenzahnradpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Platte
- 4
- Pumpendeckel
- 11
- Zahnrad
- 12
- Zahnrad
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Mitnehmer
- 18
- Stehlager
- 20
- Eingriffsbereich
- 24
- Gehäuseausnehmung
- 25
- Bypasskolben
- 26
- Steuerdruckraum
- 30
- Gehäuseabsatz
- 31
- axialer Führungsabschnitt
- 32
- axialer Bypassabschnitt
- 33
- Stufe
- 35
- Bypassschließfläche
- 40
- Bypass
- 41
- Außenzahnradpumpe
- 45
- Bypasskolben
- 46
- Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4436518 A1 [0002, 0005]
