DE102012214243A1

DE102012214243A1 - Innenzahnradpumpe

Info

Publication number: DE102012214243A1
Application number: DE201210214243
Authority: DE
Inventors: Helmut Rembold; Klaus Meyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe (10), mit einem Gehäuse (12), das einen Aufnahmeraum (14) aufweist, in welchem ein Ringlager (28) mit Spiel aufgenommen ist, wobei das Ringlager (28) an dem Gehäuse (12) verdrehgesichert und im Rahmen des Spiels um eine Schwenkachse (32) verschwenkbar ist, wobei in dem Ringlager (28) ein innenverzahntes Hohlrad (26) drehbar gelagert ist, das in einem Verzahnungsbereich (24) mit einem außenverzahnten Ritzel (22) kämmt, wobei in einem Betriebsbereich der Innenzahnradpumpe (10) die Verzahnungen des Ritzels (22) und des Hohlrads (26) in einem dem Verzahnungsbereich (24) gegenüberliegenden Übergangsbereich (40) zwischen Saugraum (36) und Druckraum 38 dichtend wirksam sind, wobei dem Übergangsbereich (40) zugeordnet eine nach radial innen auf das Hohlrad wirkende Kraftbeaufschlagungseinrichtung (42) vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Schwenkachse (32) derart angeordnet ist, dass eine bei Druckbeaufschlagung des Druckraums (38) nach radial außen auf das Hohlrad wirkende resultierende Druckkraft (48) um die Schwenkachse (32) ein Moment (50) erzeugt, welches in dem Übergangsbereich (40) zu der Kraftbeaufschlagungseinrichtung (42) entgegengesetzt wirkt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 101 09 770 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.
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 zwischen Druckraum und Saugraum. Um auch in einer Anlaufphase der Pumpe (also dann, wenn noch keine ausreichend hohe Druckkraft aufgebaut ist) eine dichtende Anlage in dem Bereich des Übergangs zwischen Saug- und Druckraum zu gewährleisten, ist eine Feder vorgesehen, welche das Hohlrad in dem Übergangsbereich nach radial innen auf das Ritzel drückt.
Die bekannte Pumpe weist infolge minimerter Leckageströme einen hohen volumentrischen Wirkungsgrad auf. Dies geht jedoch mit einer relativ hohen Reibung der relativ zueinander bewegten Bauteile und somit mit einer Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrads einher.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Innenzahnradpumpe zu schaffen, welche einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Kraftbeaufschlagungseinrichtung, welche in dem Übergangsbereich die Verzahnung des Hohlrads in Richtung auf die Verzahnung des Ritzels drückt, genutzt werden kann, um unter normalen Betriebsbedingungen der Innenzahnradpumpe, also bei normalen Betriebsdrücken, ausreichend hohe Stellkräfte bereitstellen zu können, um eine dichtende Anlage der Zahnköpfe der Verzahnungen des Ritzels und des Hohlrads zu gewährleisten. Erfindungsgemäß wird nun also diese Stellkraft nicht mit zunehmendem Druck verstärkt; vielmehr wird mittels der resultierenden Druckkraft um die Schwenkachse des Ringlagers ein Drehmoment erzeugt, welches in dem Übergangsbereich der Kraftbeaufschlagungseinrichtung entgegengesetzt gerichtet wirkt. Somit geht eine Erhöhung des Drucks anders als beim Stand der Technik nicht mit einer weiteren Erhöhung der zwischen den Zähnen des Ritzels und des Hohlrads in dem Übergangsbereich wirkenden Reibkräften einher, sondern mit einer Verringerung dieser Reibkräfte.
Die Lage der Schwenkachse ist so gewählt, dass die resultierende Druckkraft ein Moment erzeugt, welches ohne die Wirkung einer Kraftbeaufschlagungseinrichtung in dem Übergangsbereich ein Abheben des Hohlrads vom dem Ritzel zur Folge hätte. Erfindungsgemäß kann trotz ausreichender Dichtwirkung in dem Übergangsbereich zwischen Saugraum und Druckraum eine Reibungsminimierung in dem Übergangsbereich erreicht werden, wodurch der mechanische Wirkungsgrad und somit der Gesamtwirkungsgrad der Innenzahnradpumpe verbessert wird.
Bei der aus der DE 100 52 779 A1 bekannten Innenzahnradpumpe liegt die resultierende Druckkraft in Umfangsrichtung des Hohlrads gesehen nach der Kraftbeaufschlagungseinrichtung und nach der Schwenkachse an. Bei der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe hingegen liegt die resultierende Druckkraft in Umfangsrichtung des Hohlrads gesehen ebenfalls nach der Kraftbeaufschlagungseinrichtung an, jedoch vor der Schwenkachse. Die resultierende Druckkraft liegt in Umfangsrichtung des Hohlrads gesehen also zwischen der Kraftbeaufschlagungseinrichtung und der Schwenkachse an.
Bevorzugt ist es ferner, wenn in Umfangsrichtung des Hohlrads gesehen die Schwenkachse zwischen der resultierenden Druckkraft und dem Verzahnungsbereich angeordnet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein maximaler Betriebsdruck vorgegeben, wobei eine maximale Kraft der Kraftbeaufschlagungseinrichtung so hoch ist, dass auch bei dem maximalen Betriebsdruck die Verzahnung des Ritzels und des Hohlrads in dem Übergangsbereich dichtend wirksam sind. Dies ermöglicht eine Vermeidung von Leckageströmen zwischen Druckraum und Saugraum bis hin zu einem maximalen Betriebsdruck.
Bevorzugt ist es ferner, wenn bei einer Überschreitung des maximalen Betriebsdrucks das Hohlrad in dem Übergangsbereich entgegen der Wirkung der Kraftbeaufschlagungseinrichtung von dem Ritzel weg bewegt wird. Dies hat den Vorteil, dass die von der Kraftbeaufschlagungseinrichtung auf das Hohlrad und somit auf die Verzahnung des Hohlrads und des Ritzels ausgeübte Stellkraft nicht unnötig hoch ist und somit keine unnötige Reibungserhöhung auftritt. Darüber hinaus kann in einfacher Weise eine Druckbegrenzungsfunktion realisiert werden, nämlich dann, wenn das durch die resultierende Druckkraft erzeugte Moment so hoch ist, dass in dem Übergangsbereich die von der Kraftbeaufschlagungseinrichtung ausgeübte Kraft überkompensiert wird, sodass sich das Hohlrad von dem Ritzel weg bewegt und in dem Übergangsbereich zwischen den Verzahnungen des Hohlrads und des Ritzels ein Radialspalt entsteht, welcher mit einem erhöhten Leckagestrom von Druckraum in Richtung Saugraum einhergeht. Die Erhöhung dieses Leckagestroms geht mit einer gewünschten Verringerung des Fördervolumens der Pumpe einher.
Bevorzugt ist es ferner, wenn eine Einstelleinrichtung zur Einstellung des Betrags einer von der Kraftbeaufschlagungseinrichtung auf das Hohlrad wirkenden Kraft vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Begrenzung eines maximalen Betriebsdrucks.
Die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe eignet sich besonders gut für den Einsatz in Kraftstoff-Einspritzsystemen für Kraftfahrzeuge oder Flugzeuge, für Hydraulikpumpen der mobilen oder stationären Arbeitshydraulik, als Pumpe zur Verwendung in Brems-, Lenk-, Antischlupf- oder Antischleudersystemen für Kraftfahrzeuge, als Ölpumpe für Verbrennungsmotoren, als Speisewasserpumpe, als Kühlmittelpumpe (insbesondere für Klimaanlagen) und als Wasserpumpe in der Solartechnik.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Innenzahnradpumpe.
Eine Ausführungsform einer in 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Innenzahnradpumpe umfasst ein Gehäuse 12 mit einem zylindrischen Aufnahmeraum 14.
An dem Gehäuse 12 ist ein Verdrehsicherungselement 16 in Form eines Bolzens 18 fixiert. Der Bolzen 18 ragt mit einem Teilabschnitt nach radial innen in den Aufnahmeraum 14.
Die Innenzahnradpumpe 10 umfasst eine Antriebswelle 20 zur Anordnung eines Ritzels 22, welches in einem Verzahnungsbereich 24 mit einem Hohlrad 26 kämmt.
Zur Lagerung des Hohlrads 26 in dem Aufnahmeraum 14 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnetes Ringlager vorgesehen. Das Ringlager 28 weist eine teilkreisförmige Vertiefung 30 auf, welche zur Anordnung desjenigen Teilabschnitts des Bolzens 18 dient, der nach radial innen in den Aufnahmeraum 14 ragt. Das Ringlager 28 ist mit Radialspiel behaftet in dem Aufnahmeraum 14 angeordnet und im Rahmen dieses Radialspiels um eine durch den Bolzen 18 definierte Schwenkachse 32 verschwenkbar.
Während des Betriebs der Innenzahnradpumpe 10 wird das Ritzel 22 mittels der Antriebswelle 20 um eine Antriebsachse 34 angetrieben, beispielsweise im Uhrzeigersinn. Hierdurch wird in an sich bekannter Weise ein Fluid aus einem Saugraum 36 in einen Druckraum 38 übertragen. In einem dem Verzahnungsbereich 24 diametral gegenüberliegenden Übergangsbereich 40 zwischen Saugraum 36 und Druckraum 38 sollen während des Betriebs der Innenzahnradpumpe 10 einander zugewandte Zähne des Ritzels 22 und des Hohlrads 26 unter Ausbildung eines möglichst geringen Radialspalts dichtend aneinander anliegen.
Dies wird dadurch erreicht, dass dem Übergangsbereich 40 zugeordnet eine Kraftbeaufschlagungseinrichtung 42 vorgesehen ist, welche beispielsweise in Form einer Druckfeder 44 ausgebildet ist und über das Ringlager 28 auf das Hohlrad 26 eine nach radial innen gerichtete Kraft 46 ausübt, sodass in dem Übergangsbereich 40 nach radial innen weisende Zahnköpfe der Verzahnung des Hohlrads 26 auf nach radial außen weisende Zahnköpfe der Verzahnung des Ritzels 22 gedrückt werden.
Wenn während des Betriebs der Innenzahnradpumpe 10 der Druckraum 38 mit Druck beaufschlagt wird, wird das Ringlager 28 entsprechend der Richtung einer resultierenden Druckkraft 48 nach radial außen gedrückt. Die Druckkraft 48 erzeugt ein Moment 50 um die Schwenkachse 32, welches in dem Übergangsbereich 40 so wirkt, dass das Ringlager 28, und somit auch das Hohlrad 26, in radialer Richtung nach außen gedrückt wird. Hierdurch werden die Verzahnungen des Ritzels 22 und des Hohlrads 26 entlastet.
Die Schwenkachse 32 ist ausgehend von der Kraftbeaufschlagungseinrichtung 42 in Umfangsrichtung und in Drehrichtung des Hohlrads 26 gesehen nach der Richtung der resultierenden Druckkraft 48 angeordnet und vorzugsweise vor dem Verzahnungsbereich 24.
Mit zunehmendem Druck in dem Druckraum 38 und mit entsprechender Zunahme der Druckkraft 48 werden die Verzahnungen des Ritzels 22 und des Hohlrads 26 in dem Übergangsbereich 40 zunehmend stärker entlastet. Wenn das Moment 50 höher ist, als es für eine Kompensation der von der Kraftbeaufschlagungseinrichtung ausgeübten Kraft 46 erforderlich ist, bewegt sich das Hohlrad 26 in dem Übergangsbereich 40 nach radial außen. Hierdurch tritt eine schlagartige Erhöhung eines in dem Übergangsbereich von dem Druckraum 38 in den Saugraum 36 strömenden Leckstroms auf. Auf diese Weise kann eine Druckbegrenzungsfunktion realisiert werden.
Zur Einstellung des Betrags der Kraft 46 kann eine insbesondere gehäusefeste Einstelleinrichtung 52 vorgesehen sein, mittels welcher beispielsweise die Vorspannung der Feder 44 einstellbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10109770 A1 [0002]
DE 10052779 A1 [0010]

Claims

Innenzahnradpumpe (10), mit einem Gehäuse (12), das einen Aufnahmeraum (14) aufweist, in welchem ein Ringlager (28) mit Spiel aufgenommen ist, wobei das Ringlager (28) an dem Gehäuse (12) verdrehgesichert und im Rahmen des Spiels um eine Schwenkachse (32) verschwenkbar ist, wobei in dem Ringlager (28) ein innenverzahntes Hohlrad (26) drehbar gelagert ist, das in einem Verzahnungsbereich (24) mit einem außenverzahnten Ritzel (22) kämmt, wobei in einem Betriebsbereich der Innenzahnradpumpe (10) die Verzahnungen des Ritzels (22) und des Hohlrads (26) in einem dem Verzahnungsbereich (24) gegenüberliegenden Übergangsbereich (40) zwischen Saugraum (36) und Druckraum (38) dichtend wirksam sind, wobei dem Übergangsbereich (40) zugeordnet eine nach radial innen auf das Hohlrad wirkende Kraftbeaufschlagungseinrichtung (42) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (32) derart angeordnet ist, dass eine bei Druckbeaufschlagung des Druckraums (38) nach radial außen auf das Hohlrad wirkende resultierende Druckkraft (48) um die Schwenkachse (32) ein Moment (50) erzeugt, welches in dem Übergangsbereich (40) zu der Kraftbeaufschlagungseinrichtung (42) entgegengesetzt wirkt.
Innenzahnradpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Hohlrads (26) gesehen die resultierende Druckkraft (48) zwischen der Kraftbeaufschlagungseinrichtung (42) und der Schwenkachse (32) anliegt.
Innenzahnradpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Hohlrads (26) gesehen die Schwenkachse (32) zwischen der resultierenden Druckkraft (48) und dem Verzahnungsbereich (24) angeordnet ist.
Innenzahnradpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Betriebsdruck vorgegeben ist und dass eine maximale Kraft (46) der Kraftbeaufschlagungseinrichtung (42) so hoch ist, dass auch bei dem maximalen Betriebsdruck die Verzahnungen des Ritzels (22) und des Hohlrads (26) in dem Übergangsbereich (40) dichtend wirksam sind.
Innenzahnradpumpe (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überschreitung des maximalen Betriebsdrucks das Hohlrad (26) in dem Übergangsbereich (40) entgegen der Wirkung der Kraftbeaufschlagungseinrichtung (42) von dem Ritzel (22) weg bewegt wird.
Innenzahnradpumpe (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstelleinrichtung (52) zur Einstellung des Betrags einer von der Kraftbeaufschlagungseinrichtung (42) auf das Hohlrad (26) wirkenden Kraft (46) vorgesehen ist.