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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Zahnradpumpe.
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Aus der
DE 100 52 779 A1 ist eine Innenzahnradpumpe bekannt, mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse umlaufenden innenverzahnten Hohlrad und einem in dem Gehäuse drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad kämmenden außenverzahnten Ritzel. Das Hohlrad ist mittels eines Lagerrings in dem Gehäuse gelagert, wobei der Lagerring mit Spiel in dem Gehäuse aufgenommen ist. Der Lagerring ist im Rahmen des zur Verfügung stehenden Spiels um eine parallel zu den Achsen des Hohlrads und des Ritzels verlaufende Schwenkachse verschwenkbar. Die Schwenkachse ist in Form eines Stifts ausgebildet, welcher gleichzeitig eine Sicherung gegen eine Verdrehung des Lagerrings um dessen Achse bildet.
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Die vorstehend beschriebene Lagerung des Lagerrings ermöglicht es, einen Radialspalt zu kompensieren, welcher im Bereich des Übergangs zwischen Saug- und Druckraum zwischen den Zähnen des Hohlrads und des Ritzels auftritt. Diese Kompensation ermöglicht eine Verringerung eines Leckagestroms. Um möglichst niedrige Leckageströme erzielen zu können, ist es erforderlich, die Bauteile der Pumpe mit sehr niedrigen Toleranzen zu fertigen und mit hoher Sorgfalt zu montieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach herstellbare Rotationskolbenmaschine zu schaffen, welche einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Rotationskolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine sind das Verdrehsicherungselement und das Ringlager nicht als unterschiedliche Bauteile voneinander separat bereitgestellt, sondern als einzelnes, gemeinsames Bauteil, welches die Funktion einer Baugruppe hat. Dies hat den Vorteil, dass sich fertigungs- und montagebedingte Toleranzen des Ringlagers und des Verdrehsicherungselements nicht addieren, sondern aufgrund der einstückigen Ausbildung der Baugruppe auf kleine Werte, insbesondere im Bereich zwischen ungefähr 1 µm und ungefähr 5 µm, reduzieren lassen. Darüber hinaus wird die Montage der Rotationskolbenmaschine vereinfacht, da das Verdrehsicherungselement und das Ringlager bereits miteinander verbunden sind und nicht erst miteinander gefügt werden müssen.
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Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine kann somit in einfacher Art und Weise mit niedrigen Toleranzen hergestellt werden und weist daher niedrige Leckageströme und einen entsprechend hohen volumetrischen Wirkungsgrad auf. Durch die erfindungsgemäß erzielbaren niedrigen Montagetoleranzen kann auch sichergestellt werden, dass zwischen relativ zueinander bewegbaren Teilen der Rotationskolbenmaschine keine erhöhte Reibung auftritt. Die Optimierung des volumetrischen Wirkungsgrads geht also nicht mit einer Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrads der Rotationskolbenmachine einher. Hierdurch kann ein guter Gesamtwirkungsgrad bei gleichzeitig erhöhter Lebensdauer der Rotationskolbenmaschine geschaffen werden.
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Die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine ist insbesondere Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems und dient in diesem System als Kraftstoffförderpumpe. Auch eine Verwendung zur Fluidförderung in hydraulischen Systemen ist vorteilhaft. Aufgrund der niedrigen Leckageströme sind erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschinen für hohe Betriebsdrücke geeignet, beispielsweise für Drücke zwischen ungefähr 10 bar und ungefähr 3000 bar.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ersetzt das einzelne Bauteil nicht nur zwei voneinander separate Bauteile, also das Ringlager und das Verdrehsicherungselement, sondern insgesamt mindestens drei Bauteile. In diesem Fall umfasst das Ringlager eine Lagerbuchse und einen Haltering. Die Lagerbuchse ist radial innen angeordnet und weist eine Lagerfläche zur Lagerung des Förderelements auf. Der Haltering dient zum Halten der Lagerbuchse und zur Anordnung des Verdrehsicherungselements.
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Es ist auch möglich, dass das Ringlager eine insbesondere ringförmige Versteifungsstruktur zur Versteifung des Ringlagers umfasst. Dies ermöglicht die Integration eines weiteren Bauteils im erfindungsgemäßen, einstückigen Bauteilverbund. Für den Fall, dass das Ringlager eine Lagerbuchse, einen Haltering und eine Versteifungsstruktur umfasst, können gemeinsam mit dem Verdrehsicherungselement sogar insgesamt vier Bauteile zu einem einzelnen Bauteil miteinander integriert werden.
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In vorteilhafter Weise ist die Baugruppe urformend hergestellt, insbesondere im Spritzgieß- oder Sinterverfahren. Hierdurch ergibt sich eine weitere Vereinfachung der Herstellung der Rotationskolbenmaschine.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Baugruppe aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt ist. Dies ermöglicht es, die durch bei separater Bereitstellung einzelner Bauteile mögliche Flexibilität zu erhalten und dennoch die erfindungsgemäßen Toleranz- und Herstellungsvorteile zu erzielen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine solche aus unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzte einstückige Baugruppe mit urformenden Fertigungsverfahren wie das Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren oder das Mehrstoff-Sinterverfahren hergestellt ist.
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Als Werkstoffe für die Herstellung der Baugruppe eignen sich vorzugsweise auch Kunststoffverbundmaterialien, welche insbesondere mit reibungsminimierenden Füllstoffen versehen sind (beispielsweise Graphit) und/oder welche von sich aus reibungsminimierend sind (beispielsweise PEEK (Polyetheretherketon) oder PTFE (Polytetrafluorethylen)). Auch mineralische Füllstoffe mit einem Füllungsgrad von beispielsweise 1 % bis 70 % und mit identischer oder unterschiedlicher Länge, Größe und Ausrichtung können verwendet werden.
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In vorteilhafter Weise ist das Verdrehsicherungselement aus einem (beispielsweise vorstehend genannten) reibungsminimierenden Material herstellt oder weist eine reibungsminimierende Beschichtung auf. Hierdurch kann insbesondere in der Einlaufphase einer Rotationskolbenmaschine sichergestellt werden, dass das Ringlager im Rahmen des zur Verfügung stehenden Spiels um das Verdrehsicherungselement schwenken/verkippen kann.
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In entsprechender Weise kann zusätzlich oder optional das Ringlager aus einem reibungsminimierenden Material herstellt sein oder eine reibungsminimierende Beschichtung aufweisen. Eine Reibungsminimierung ist beispielsweise an einer radial außen weisenden Mantelfläche (welche mit dem Gehäuse zusammenwirkt) und/oder an einer nach radial innen weisenden Lagerfläche zur Lagerung des Förderelements vorteilhaft.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ringlager zwei voneinander abgewandte Stirnflächen aufweist, wobei mindestens eine Stirnfläche eine von einer ebenen Fläche abweichende konturierte Struktur zur Vorgabe eines Verformungsverhaltens des Ringlagers aufweist. Dies ermöglicht die Integration einer weiteren Funktion in das erfindungsgemäß einstückig hergestellte und bereitgestellt Bauteil. Bei der konturierten Struktur kann es sich beispielsweise um Versteifungsrippen handeln.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Rotationskolbenmaschine; und
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2 eine perspektivische Ansicht einer als einzelnes Bauteil hergestellten Baugruppe der Rotationskolbenmaschine.
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Eine Ausführungsform einer in 1 und 2 als Ganzes mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Rotationskolbenmaschine ist als Innenzahnradpumpe ausgebildet. Die Rotationskolbenmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 12 mit einer zylindrischen Gehäuseöffnung 14.
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An dem Gehäuse 12 ist ein Verdrehsicherungselement 16 in Form eines Bolzens 18 fixiert. Der Bolzen 18 überragt mit einem Teilabschnitt die Gehäuseöffnung 14 nach radial innen.
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Die Rotationskolbenmaschine 10 umfasst eine Antriebswelle 20 zur Anordnung eines Ritzels 22, welches mit einem Förderelement 24 in Form eines Hohlrads kämmt.
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Das Ritzel 22 und das Förderelement 24 sind mittels optionaler Axialscheiben 28 in bezogen auf eine Achse 26 der Antriebswelle 20 axialer Richtung relativ zueinander ausgerichtet. In der Zeichnung ist eine vordere Axialscheibe 28 dargestellt. Eine zweite, in der Zeichnung rückwärtige Axialscheibe ist gegebenenfalls vorhanden.
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Zur Lagerung des Förderelements 24 in der Gehäuseöffnung 14 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnetes Ringlager vorgesehen. Das Ringlager 30 umfasst eine Lagerbuchse 32 mit einer insbesondere nach radial innen weisenden Lagerfläche 34 zur Lagerung des Förderelements 24.
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Das Ringlager 30 umfasst ferner einen Haltering 36, welcher bezogen auf die Lagerbuchse 32 radial außen angeordnet ist und eine nach radial außen weisende Mantelfläche 38 aufweist. Im Bereich der Mantelfläche 38 weist der Haltering 36 eine teilkreisförmige Vertiefung 40 auf, welche zur Anordnung desjenigen Teilabschnitts des Verdrehsicherungselements 18 dient, der die Gehäuseöffnung 14 in radialer Richtung nach innen überragt.
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Der Haltering 36 weist zwei voneinander abgewandte, ringförmige Stirnflächen 42 und 44 auf. Mindestens eine der Stirnflächen 42, 44 weist optional eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) konturierte Struktur, beispielsweise Verstärkungsrippen, auf.
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Die Lagerbuchse 32, der Haltering 36 und das Verdrehsicherungselement 16 sind in Form eines einzelnen Bauteils 46 (vgl. 2) bereitgestellt. Das Bauteil 46 umfasst miteinander unlösbar verbundene Abschnitte in Form des Verdrehsicherungselements 16, der Lagerbuchse 32 und des Halterings 36. Die vorstehend genannten Abschnitte können aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, insbesondere aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien.
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Die Lagerbuchse 32 kann insbesondere nur partiell im Bereich der Lagerfläche 34 mit einer reibungsminimierenden Beschichtung versehen sein, beispielsweise mit PTFE.
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Das Verdrehsicherungselement 16 weist einen bezogen auf den Haltering 36 nach radial außen hervorstehenden Abschnitt auf. Im Bereich dieses Abschnitts (also beispielsweise im Bereich nur eines Teilumfangs eines Zylinders) kann das Verdrehsicherungselement 16 ebenfalls mit einer reibungsminimierenden Beschichtung versehen sein.
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Während des Betriebs der Rotationskolbenmaschine 10 wird das Ritzel 22 mittels der Antriebswelle 20 um die Antriebsachse 26 angetrieben, beispielsweise im Uhrzeigersinn (vgl. 1). Hierdurch wird in an sich bekannter Weise ein Fluid aus einem Saugraum in einen Druckraum übertragen. In einem Übergangsbereich 50 zwischen Saugraum 52 (in der Zeichnung durch die vordere Axialscheibe 28 verdeckt) und Druckraum 54 sollen die einander zugewandten Zähne des Ritzels 22 und des Förderelements 24 unter Ausbildung eines möglichst geringen Radialspalts dichtend aneinander anliegen. Dies wird dadurch erreicht, dass das Ringlager 30 mit Spiel in der Gehäuseöffnung 14 aufgenommen ist. Wenn der Druckraum 54 mit Druck beaufschlagt wird, wird das Ringlager 30 entsprechend der Richtung einer Resultierenden 58 nach radial außen gedrückt. Innerhalb einer zu der Antriebsachse 26 senkrechten Ebene ist die Resultierende 58 um einen Versatz 60 zu dem Verdrehsicherungselement 16 versetzt. Hierdurch wird um das Verdrehsicherungselement 16 ein auf das Ringlager 30 wirkendes Drehmoment erzeugt, sodass das Ringlager 30 im Übergangsbereich 50 nach radial innen verschwenkt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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