DE102016014175A1

DE102016014175A1 - Außenzahnradpumpe

Info

Publication number: DE102016014175A1
Application number: DE102016014175.1A
Authority: DE
Inventors: Simon Ochsenkühn
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-11-28
Publication date: 2017-06-08
Also published as: EP3384159A1; CN108291537B; CN108291537A; EP3384159B1; US20180347561A1; US10989190B2; WO2017092862A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe (1), mit einem treibenden ersten Förderzahnrad (2) sowie mit einem von dem ersten Förderzahnrad (1) angetriebenen zweiten Förderzahnrad (3), die zur Förderung eines Fluids von einer Saugseite (7) auf eine Druckseite (8) der Außenzahnradpumpe (1) miteinander kämmen, wobei das erste Förderzahnrad (2) und das zweite Förderzahnrad (3) jeweils mehrere Zähne (5, 6) mit jeweils einer in Drehrichtung des entsprechenden Förderzahnrads (2, 3) vorlaufenden Vorlaufzahnflanke (9, 11) sowie einer nachlaufenden Nachlaufzahnflanke (10, 12) aufweisen, wobei die Vorlaufzahnflanke (9, 11) des ersten Förderzahnrads (2) mit der Nachlaufzahnflanke (10, 12) des zweiten Förderzahnrads (3) zum Antreiben des zweiten Förderzahnrads (3) durch das erste Förderzahnrad (2) zusammenwirkt. Dabei ist vorgesehen, dass die Nachlaufzahnflanken (10, 12) des ersten Förderzahnrads (2) zur Ausbildung jeweils einer Fluidtasche (16) an wenigstens einer Axialposition in radialer Richtung zumindest bereichsweise konkav verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe mit einem treibenden ersten Förderzahnrad sowie mit einem von dem ersten Förderzahnrad angetriebenen zweiten Förderzahnrad, die zur Förderung eines Fluids von einer Saugseite auf eine Druckseite der Außenzahnradpumpe miteinander kämmen, wobei das erste Förderzahnrad und das zweite Förderzahnrad jeweils mehrere Zähne mit jeweils einer in Drehrichtung des entsprechenden Förderzahnrads verlaufenden Vorlaufzahnflanke sowie einer nachlaufenden Nachlaufzahnflanke aufweisen, wobei die Vorlaufzahnflanke des ersten Förderzahnrads mit der Nachlaufzahnflanke des zweiten Förderzahnrads zum Antreiben des zweiten Förderzahnrads durch das erste Förderzahnrad zusammenwirkt.
Die Außenzahnradpumpe dient der Förderung des Fluids von ihrer Saugseite auf die Druckseite. Grundsätzlich kann das Fluid beziehungsweise dessen Aggregatzustand beliebig gewählt werden, bevorzugt ist es jedoch bei normalen Betriebsbedingungen der Außenzahnradpumpe flüssig. Die Außenzahnradpumpe verfügt über mehrere Förderzahnräder, nämlich das erste Förderzahnrad und das zweite Förderzahnrad. Das erste Förderzahnrad ist vorzugsweise unmittelbar angetrieben. Beispielsweise ist es hierzu mit einer Antriebswelle der Außenzahnradpumpe verbunden, insbesondere starr und/oder permanent. Das zweite Förderzahnrad wird dagegen mittelbar von der Antriebswelle angetrieben, nämlich über das erste Förderzahnrad.
Die beiden Zahnräder verfügen jeweils über eine Vielzahl von Zähnen, welche in Abhängigkeit von der Drehwinkelstellung der Förderzahnräder ineinander eingreifen und zur Förderung des Fluids von der Saugseite auf die Druckseite zusammenwirken. Jeder. Zahn der Förderzahnräder verfügt über die Vorlaufzahnflanke und die Nachlaufzahnflanke, wobei die Vorlaufzahnflanke in Drehrichtung des jeweiligen Förderzahnrads vorne liegt, also den Zahn nach vorne beziehungsweise in Drehrichtung begrenzt, während die Nachlaufzahnflanke in Drehrichtung hinten vorliegt, und mithin den Zahn nach hinten beziehungsweise entgegen der Drehrichtung begrenzt. Wird das erste Förderzahnrad angetrieben, so gerät die Vorlaufzahnflanke wenigstens eines Zahns des ersten Förderzahnrads in Anlagekontakt mit der Nachlaufzahnflanke eines Zahns des zweiten Förderzahnrads. Hierdurch wird das zweite Förderzahnrad von dem ersten Förderzahnrad angetrieben.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 198 18 027 A1 bekannt. Diese betrifft eine Verdränger-Zahnradpumpe, welche zum Pumpen von Hydraulikfluid eingesetzt werden kann. Die Zahnradpumpe umfasst ein treibendes Zahnrad und ein getriebenes Zahnrad. Bei einer ersten Ausführungsform hat das treibende Zahnrad symmetrische Zähne, während das getriebene Zahnrad asymmetrische Zähne hat. Die asymmetrischen Zähne des getriebenen Zahnrads umfassen Arbeitsflächen, welche ein Profil haben, welches dem Profil der Arbeits- und Nichtarbeits-Flächen des treibenden Zahnrads entsprechen, aber sie haben eine Nichtarbeits-Fläche, welche im Wesentlichen freigespart ist, sodass sie im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
Folglich wird in der Zone der Pumpe, in welcher die Zahnräder kämmen, ein großer Totraum erzeugt, welcher im Wesentlichen eine Blasenbildung verhindert. Bei einer zweiten Ausführungsform haben das treibende Zahnrad und das getriebene Zahnrad Nichtkontakt-Flächen, welche im Wesentlichen eben ausgebildet sind, um einen noch größeren Totraum zu bilden und um eine Kavitationserscheinung zu verhindern, wenn die Zähne in axialer Richtung breiter ausgelegt werden. Durch die Unterdrückung der Blasenbildung lassen sich Kavitationserscheinungen im Wesentlichen ausschließen, welche bei hohen Pumpendrehzahlen auftreten könnten. Somit lassen sich Beschädigungen durch Kavitationserscheinungen an den Pumpen verhindern.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Außenzahnradpumpe vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Außenzahnradpumpen Vorteile aufweist, insbesondere ein größeres Druckverhältnis zwischen Auslassdruck und Einlassdruck ermöglicht und/oder eine stark verringerte Kavitationsneigung aufweist, sodass eine unerwünschte akustische Geräuschbildung während ihres Betriebs vermieden wird.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Außenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Nachlaufzahnflanken des ersten Förderzahnrads zur Ausbildung jeweils einer Fluidtasche an wenigstens einer Axialposition in radialer Richtung zumindest bereichsweise konkav verlaufen.
Die Nachlaufzahnflanken des ersten Förderzahnrads beziehungsweise die Nachlaufzahnflanken der Zähne des ersten Förderzahnrads, insbesondere aller Zähne des ersten Förderzahnrads, weisen eine spezielle Ausgestaltung auf. Dabei liegt in jeder der Nachlaufzahnflanken jeweils eine Fluidtasche vor. Dies ergibt sich daraus, dass die entsprechende Nachlaufzahnflanke zumindest bereichsweise konkav ist, also eine in Umfangsrichtung in den entsprechenden Zahns eingreifende Wölbung aufweist. Die Nachlaufzahnflanke ist im Querschnitt bezüglich einer Drehachse des ersten Förderzahnrads gesehen in Richtung der denselben Zahn wie die Nachlaufzahnflanke begrenzende Vorlaufzahnflanke gewölbt, sodass die Fluidtasche in den Zahn eingreift. Die Nachlaufzahnflanke ist insoweit in Richtung einer Eingriffsflanke des Zahns gewölbt. Die Wölbung liegt in radialer Richtung vor, also in einem Querschnitt durch das erste Förderzahnrad.
Dabei liegt die Fluidtasche an der wenigstens einen Axialposition vor. Darunter ist zu verstehen, dass die Fluidtasche nicht notwendigerweise das gesamte erste Förderzahnrad beziehungsweise die gesamte Nachlaufzahnflanke in axialer Richtung durchgreift, wenngleich dies selbstverständlich der Fall sein kann. Bevorzugt durchgreift die Fluidtasche das erste Förderzahnrad beziehungsweise die Nachlaufzahnflanke in axialer Richtung lediglich teilweise, liegt also zumindest einseitig in axialer Richtung randgeschlossen in dem ersten Förderzahnrad beziehungsweise dessen Nachlaufzahnflanke vor.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Förderzahnrad und das zweite Förderzahnrad dieselben Verzahnungsparameter aufweisen. Unter den Verzahnungsparametern sind beispielsweise der Fußkreisdurchmesser, der Teilkreisdurchmesser, der Kopfkreisdurchmesser, die Zahnradteilung, die Kopfhöhe, die Fußhöhe, die Zahnbreite, die Teilung, die Zähnezahl und/oder der Modul zu verstehen. Bevorzugt sind die Förderzahnräder beziehungsweise ihre Zähne derart ausgestaltet, dass wenigstens einer dieser Verzahnungsparameter, vorzugsweise mehrere der Verzahnungsparameter beziehungsweise alle der Verzahnungsparameter übereinstimmen. Die Zähne der Förderzahnräder können grundsätzlich eine beliebige Verzahnungsart aufweisen, welche jedoch für die beiden Förderzahnräder übereinstimmt. Beispielsweise kann als Verzahnungsart eine Evolventenverzahnung, eine Zykloidenverzahnung oder eine Kreisbogenverzahnung verwendet werden.
Eine derartige Ausgestaltung der Außenzahnradpumpe verringert die Kavitationsneigung deutlich, was sich positiv auf das akustische Geräuschverhalten auswirkt. Die Außenzahnradpumpe läuft insoweit deutlich ruhiger und mithin leiser als bekannte Außenzahnradpumpen. Zudem kann mit der erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe ein höherer Druck beziehungsweise ein größeres Druckverhältnis zwischen Auslassdruck und Einlassdruck erzielt werden.
Der Einlassdruck liegt auf der Saugseite und der Auslassdruck auf der Druckseite vor. Aufgrund des höheren Drucks beziehungsweise des größeren Druckverhältnisses ergibt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad, insbesondere ein höherer Wirkungsgrad als bei einer Außenzahnradpumpe, bei welcher die Nachlaufzahnflanken nicht zur Ausbildung der Fluidtaschen konkav verlaufen. Der höhere Druck beziehungsweise das größere Druckverhältnis wird insbesondere im Bereich konstanter Förderung der Außenzahnradpumpe erzielt, in welchem der Druck, nämlich der Auslassdruck, beziehungsweise das Druckverhältnis proportional zu der Drehzahl der Außenzahnradpumpe beziehungsweise des ersten Förderzahnrads ist.
Die Proportionalität zwischen dem Druck oder dem Druckverhältnis einerseits und der Drehzahl andererseits ist insbesondere bei Drehzahlen der Außenzahnradpumpe in einem bestimmten Drehzahlbereich gegeben, welcher nach oben durch eine Abregeldrehzahl der Außenzahnradpumpe begrenzt ist. Die Abregeldrehzahl ist diejenige Drehzahl, ab welcher die beiden Förderzahnräder in axialer Richtung gegeneinander verlagert werden, um ihre Überdeckung zu verringern. Beispielsweise liegen die Förderzahnräder also bis zum Erreichen der Abregeldrehzahl in einer ersten Relativposition zueinander vor, in welcher ihre Überdeckung konstant und/oder maximal ist. Je weiter die Drehzahl die Abregeldrehzahl übersteigt, umso weiter werden die beiden Zahnräder aus der ersten Relativposition in Richtung einer zweiten Relativposition ausgelenkt, in welcher die Überdeckung kleiner ist als in der ersten Relativposition, insbesondere minimal ist.
Nach unten kann der Drehzahlbereich von einer Minimaldrehzahl der Außenzahnradpumpe begrenzt sein. Die Minimaldrehzahl entspricht beispielsweise einer Leerlaufdrehzahl eines Antriebsaggregats einer Antriebseinrichtung, wobei die Außenzahnradpumpe Bestandteil der Antriebseinrichtung ist und beispielsweise der Förderung eines Fluids für das Antriebsaggregat dient. Bevorzugt ist die Außenzahnradpumpe als Schmiermittelpumpe oder dergleichen ausgestaltet. Entsprechend ist die Erfindung selbstverständlich auch auf eine Antriebseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug gerichtet, welche ein Antriebsaggregat, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, sowie eine Außenzahnradpumpe, insbesondere gemäß dieser Beschreibung, aufweist. Dem Antriebsaggregat wird mittels der Außenzahnradpumpe ein von dieser gefördertes Fluid zugeführt, wobei das Fluid beispielsweise ein Schmiermittel oder dergleichen ist. Die Außenzahnradpumpe kann selbstverständlich gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zähne des ersten Förderzahnrads symmetrisch ausgestaltet sind. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass im Querschnitt gesehen die Nachlaufzahnflanke symmetrisch zu der Vorlaufzahnflanke ausgebildet ist, sodass der die Vorlaufzahnflanke und die Nachlaufzahnflanke aufweisende Zahn bezüglich einer Längsmittelebene symmetrisch ist. Um die vorstehend beschriebenen Vorteile der Außenzahnradpumpe zu erzielen, ist es also lediglich vorgesehen, die Nachlaufzahnflanken des ersten Förderzahnrads mit der Fluidtasche auszugestalten. Das zweite Förderzahnrad weist dagegen durchgehend eine unveränderte Verzahnung, insbesondere ohne Fluidtaschen, auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fluidtasche in der jeweiligen Nachlaufzahnflanke des ersten Förderzahnrads in axialer Richtung gesehen wenigstens einseitig, insbesondere nur auf einer Seite, randoffen ausgebildet ist. Vorstehend wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Fluidtasche bevorzugt das erste Förderzahnrad beziehungsweise die Nachlaufzahnflanke in axialer Richtung lediglich teilweise durchgreift. Entsprechend ist sie beispielsweise in axialer Richtung gesehen auf lediglich einer Seite randoffen. Selbstverständlich kann jedoch auch eine Ausführungsform der Außenzahnradpumpe realisiert werden, bei welcher die Fluidtasche das erste Förderzahnrad beziehungsweise die Nachlaufzahnflanke in axialer Richtung vollständig durchgreift, sodass die Fluidtasche in axialer Richtung gesehen beidseitig randoffen vorliegt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Nachlaufzahnflanken des ersten Förderzahnrads in axialer Richtung gesehen jeweils einen die Fluidtasche aufnehmenden Fluidtaschenbereich sowie einen unmittelbar an den Fluidtaschenbereich angrenzenden Kontaktbereich aufweisen, wobei die Nachlaufzahnflanken in dem Kontaktbereich konvex verlaufen, insbesondere symmetrisch zu den jeweiligen Vorlaufzahnflanken der entsprechenden Zähne sind. Bei einer derartigen Ausführungsform durchgreift also die Fluidtasche das erste Förderzahnrad in axialer Richtung lediglich teilweise. Die Fluidtasche liegt dabei in dem Fluidtaschenbereich der Nachlaufzahnflanke vor. An diesen schließt sich in axialer Richtung gesehen der Kontaktbereich an, sodass also beispielsweise die Fluidtasche in axialer Richtung von dem Kontaktbereich der Nachlaufzahnflanke begrenzt wird.
Bevorzugt bildet der Kontaktbereich eine die Fluidtasche begrenzende Wand auf, welche in einer senkrecht auf der Drehachse stehenden Ebene liegt oder lediglich einen geringen Winkel mit dieser einschließt. Der geringe Winkel kann beispielsweise höchstens 20°, höchstens 15°, höchstens 10°, höchstens 5°, höchstens 2,5° oder höchstens 1° betragen. In dem Kontaktbereich verlaufen die Nachlaufzahnflanken im Gegensatz zu dem Fluidtaschenbereich konvex, sind also in Umfangsrichtung nach außen gewölbt, also von der jeweiligen Vorlaufzahnflanke des entsprechenden Zahns fort. Beispielsweise verläuft die Nachlaufzahnflanke jedes der Zähne im Querschnitt gesehen symmetrisch gesehen zu der entsprechenden Vorlaufzahnflanke des Zahns.
Der Querschnitt der Nachlaufzahnflanke, insbesondere des gesamten, die Nachlaufzahnflanke aufweisenden Zahns des ersten Förderzahnrads, ist vorzugsweise im Bereich der Fluidtasche, also in dem Fluidtaschenbereich, in axialer Richtung durchgehend gleich. Dies kann zusätzlich oder alternativ ebenfalls für den Kontaktbereich zutreffen.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Förderzahnrad und das zweite Förderzahnrad in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse eines der Förderzahnräder gegeneinander zur Einstellung einer bestimmten Überdeckung verlagerbar sind, wobei die Abmessungen des Kontaktbereichs in axialer Richtung derart gewählt sind, dass der Kontaktbereich bei jeder Stellung der beiden Förderzahnräder zueinander in axialer Richtung in Überdeckung mit dem zweiten Förderzahnrad vorliegt.
Durch das Einstellen der bestimmten Überdeckung lässt sich der Fördervolumenstrom beziehungsweise der Fördermassenstrom der Außenzahnradpumpe einstellen. So ist der Fördervolumenstrom umso größer, je größer die Überdeckung zwischen den beiden Förderzahnrädern in axialer Richtung ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das erste Förderzahnrad in axialer Richtung festgesetzt und mithin lediglich drehbar gelagert ist, beispielsweise in einem Pumpengehäuse der Außenzahnradpumpe. Das zweite Förderzahnrad ist dagegen drehbar und in axialer Richtung verlagerbar gelagert, bevorzugt ebenfalls in dem Pumpengehäuse.
Die Verlagerung der beiden Förderzahnräder kann jedoch derart begrenzt sein, dass sie stets miteinander zumindest teilweise in Überdeckung vorliegen, also in keiner Stellung der Förderzahnräder zueinander außer Eingriff geraten. Zusätzlich kann der Kontaktbereich derart ausgelegt beziehungsweise seine Abmessungen derart gewählt sein, dass unabhängig von der Stellung der Förderzahnräder zueinander der Kontaktbereich in axialer Richtung gesehen stets in Überdeckung mit dem zweiten Förderzahnrad vorliegt. Mittels einer derartigen Ausgestaltung der Außenzahnradpumpe wird eine hervorragende Rückdrehfähigkeit der Außenzahnradpumpe erzielt.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass bei einer kleinstmöglichen Überdeckung der beiden Förderzahnräder zueinander das zweite Förderzahnrad im Längsschnitt gesehen den Kontaktbereich zu mindestens 25%, mindestens 50%, mindestens 75% oder mindestens 100% übergreift. Vorzugsweise schließt das zweite Förderzahnrad – wiederum im Längsschnitt gesehen – bei Vorliegen der kleinstmöglichen Überdeckung – bündig mit dem Kontaktbereich ab.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein die Fluidtasche begrenzender Zahnflankenwandbereich der jeweiligen Nachlaufzahnflanke des ersten Förderzahnrads unmittelbar von einem Zahnfußkreis ausgeht, insbesondere tangential aus diesem ausläuft. Der Zahnflankenwandbereich ist derjenige Bereich der Nachlaufzahnflanke, welcher die Fluidtasche in Umfangsrichtung begrenzt. Der Zahnfußkreis liegt jeweils zwischen zwei Zähnen des ersten Förderzahnrads vor beziehungsweise begrenzt die Zähne in radialer Richtung nach innen. Der Zahnfußkreis ist kreisförmig beziehungsweise kreisabschnittsförmig und liegt über den gesamten Umfang des ersten Förderzahnrads auf dem Fußkreisdurchmesser, zumindest jeweils abschnittsweise.
Die Fluidtasche beginnt nun vorzugsweise unmittelbar an dem Zahnfußkreis, also im Querschnitt gesehen an dem Fußkreisdurchmesser des ersten Förderzahnrads. Besonders bevorzugt läuft der Zahnflankenbereich tangential in den Zahnfußkreis ein beziehungsweise geht tangential von diesem aus. Auf diese Art und Weise wird eine besonders robuste Ausführungsform der Außenzahnradpumpe ohne Schwächung der Zähne durch in diesen vorliegende Fluidtaschen realisiert.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Zähne des ersten Förderzahnrads jeweils einen Kopfbereich aufweisen, in welchem die Nachlaufzahnflanke konvex ist, insbesondere symmetrisch zu der entsprechenden Vorlaufzahnflanke ausgebildet ist. Vorstehend wurde bereits darauf hingewiesen, dass der konkave Verlauf der Nachlaufzahnflanke nicht notwendigerweise über ihre gesamte Erstreckung in radialer Richtung vorgesehen sein muss. Vielmehr kann der konkave Verlauf sich lediglich über einen Teil der Nachlaufzahnflanke in radialer Richtung erstrecken. Beispielsweise weisen hierzu die Zähne des ersten Förderzahnrads jeweils einen Kopfbereich auf, an welchem der konkave Verlauf der jeweiligen Nachlaufzahnflanke endet.
Bevorzugt erstreckt sich also der konkave Verlauf der Nachlaufzahnflanke und mithin die Fluidtasche im Querschnitt gesehen von dem Zahnfußkreis bis hin zu dem Kopfbereich. In dem Kopfbereich ist die Nachlaufzahnflanke vorzugsweise konvex, ist also in Umfangsrichtung nach außen beziehungsweise von der demselben Zahn zugehörigen Vorlaufzahnflanke fort gewölbt. Beispielsweise ist die Nachlaufzahnflanke dabei symmetrisch zu der Vorlaufzahnflanke desselben Zahns ausgestaltet. Dies ermöglicht einen hohen Fördervolumenstrom beziehungsweise einen hohen Förderdruck der Außenzahnradpumpe, wobei unter dem Förderdruck die Differenz zwischen einem Druck auf der Druckseite und einem Druck auf der Saugseite verstanden wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Abmessungen des Kopfbereichs in radialer Richtung bezogen auf die Differenz zwischen Kopfkreisradius und Fußkreisradius der Zähne des ersten Förderzahnrads mindestens 5%, mindestens 10%, mindestens 15%, mindestens 20%, mindestens 25%, mindestens 30%, mindestens 35% oder mindestens 40% betragen. Im Querschnitt gesehen liegen die Abmessungen des Kopfbereichs zwischen dem Kopfkreis des ersten Förderzahnrads und der in radialer Richtung außenliegenden Seite der Fluidtasche vor. Anders ausgedrückt entsprechen also die Abmessungen des Kopfbereichs dem Kopfkreisradius des ersten Förderzahnrads abzüglich der größten Erstreckung der Fluidtasche in radialer Richtung, wiederum im Querschnitt gesehen. Werden nun die Abmessungen des Kopfbereichs auf die Differenz zwischen dem Kopfkreisradius und dem Fußkreisradius bezogen, so ergeben sich bevorzugt die vorstehend genannten Werte.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zahnflankenwandbereich im Querschnitt gesehen kreisbogenförmig ist. Dies ist im Querschnitt gesehen zumindest bereichsweise, bevorzugt jedoch über die gesamte Erstreckung der Fluidtasche der Fall. Durch die kreisbogenförmige Ausgestaltung des Zahnflankenwandbereichs, welcher im Querschnitt gesehen die Fluidtasche in Umfangsrichtung begrenzt, wird eine äußerst robuste Ausführungsform der Außenzahnradpumpe realisiert.
Schließlich ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass sich der Zahnflankenwandbereich über eine Fase oder eine Rundung an den Kopfbereich anschließt. Der Übergang zwischen dem Zahnflankenwandbereich und dem Kopfbereich ist – im Querschnitt gesehen – also nicht abrupt. Vielmehr sind – erneut im Querschnitt gesehen – die Fase beziehungsweise die Rundung zwischen dem Zahnflankenbereich und dem Kopfbereich vorgesehen, um eine hohe Festigkeit der Außenzahnradpumpe zu erzielen. Die Rundung kann prinzipiell beliebig gewählt sein, beispielsweise weist sie einen Radius auf, welcher bezogen auf die Abmessungen des Kopfbereichs mindestens 10%, mindestens 5%, mindestens 2,5%, mindestens 1%, mindestens 0,5%, mindestens 0,25% oder mindestens 0,1% beträgt. Die Fase beziehungsweise die Rundung sind bevorzugt Teil der Fluidtasche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
1 einen Bereich einer Außenzahnradpumpe, nämlich ein erstes Förderzahnrad sowie ein zweites Förderzahnrad, wobei die beiden Förderzahnräder in einer ersten Relativposition zueinander vorliegen,
2 den Bereich der Außenzahnradpumpe, wobei die beiden Förderzahnräder in einer zweiten Relativposition zueinander vorliegen,
3 eine Querschnittsdarstellung des ersten Förderzahnrads, sowie
4 eine Detaildarstellung eines Bereichs des ersten Förderzahnrads.
Die 1 zeigt einen Teil einer Außenzahnradpumpe 1, nämlich ein erstes Förderzahnrad 2 sowie ein zweites Förderzahnrad 3. Das erste Förderzahnrad 2 ist als treibendes Förderzahnrad ausgebildet, ist also unmittelbar antreibbar. Das zweite Förderzahnrad 3 ist dagegen lediglich mittelbar über das erste Förderzahnrad 2 antriebbar. Eine Vorwärtsdrehrichtung des ersten Förderzahnrads 2 ist durch den Pfeil 4 angedeutet. Das erste Förderzahnrad 2 weist Zähne 5 auf, während das zweite Förderzahnrad 3 über Zähne 6 verfügt, von welchen jeweils lediglich einige beispielhaft gekennzeichnet sind. Die Förderzahnräder 2 und 3 beziehungsweise ihre Zähne 5 und 6 kämmen miteinander, sodass bei einer Drehbewegung der Förderzahnräder 2 und 3 in Richtung des Pfeils 4 ein Fluid von einer Saugseite 7 auf eine Druckseite 8 der Außenzahnradpumpe 1 gefördert wird.
Jeder der Zähne 5 weist eine in Drehrichtung vorlaufende Vorlaufzahnflanke 9 sowie eine nachlaufende Nachlaufzahnflanke 10 auf. Dies ist lediglich für einen der Zähne 5 angedeutet. Analog hierzu verfügt jeder Zahn 6 des zweiten Förderzahnrads 3 über eine in Drehrichtung vorne liegenden Vorlaufzahnflanke 11 und eine nachlaufende Nachlaufzahnflanke 12. Liegt die Drehbewegung des ersten Förderzahnrads 2 in Richtung des Pfeils 4 vor, so wirkt dies Vorlaufzahnflanke 9 eines der Zähne 5 mit der Nachlaufzahnflanke 12 eines der Zähne 6 zusammen, um das zweite Förderzahnrad 3 durch das erste Förderzahnrad 2 anzutreiben und das Fluid von der Saugseite 7 auf die Druckseite 8 zu fördern.
Während beide Förderzahnräder 2 und 3 drehbar gelagert sind, beispielsweise in einem hier nicht dargestellten Pumpengehäuse der Außenzahnradpumpe 1, sind sie zusätzlich in axialer Richtung, beispielsweise bezüglich einer Drehachse 13 des ersten Förderzahnrads 2 oder einer Drehachse 14 des zweiten Förderzahnrads 3 gegeneinander verlagerbar. Bevorzugt ist das erste Förderzahnrad 2 in axialer Richtung fest angeordnet, während das zweite Förderzahnrad 3 in axialer Richtung verlagerbar ist. Dies ist durch den Doppelpfeil 15 angedeutet. In der hier dargestellten Axialposition der Förderzahnräder 2 und 3 zueinander liegt eine maximale Überdeckung der Förderzahnräder 2 und 3 in axialer Richtung vor. Bevorzugt weisen die Förderzahnräder 2 und 3 in axialer Richtung dieselben Abmessungen auf. Selbstverständlich können jedoch auch unterschiedliche Abmessungen realisiert sein.
Es ist erkennbar, dass die Nachlaufzahnflanken 10 des ersten Förderzahnrads 2 zur Ausbildung jeweils einer Fluidtasche 16 in radialer Richtung zumindest bereichsweise konkav verlaufen. Das bedeutet im Querschnitt bezüglich einer der Drehachsen 13 beziehungsweise 14 gesehen, dass die Nachlaufzahnflanken 10 des ersten Förderzahnrads 2 in Richtung der Vorlaufzahnflanke 9 des entsprechenden Zahns 5 gewölbt sind, sodass die Fluidtasche 16 beziehungsweise die Fluidtaschen 16 ausgebildet sind. Durch eine derartige Ausgestaltung kann die Kavitationsneigung der Außenzahnradpumpe 1 deutlich verringert werden, was sich positiv auf das Geräuschverhalten auswirkt. Zudem wird bei der hier dargestellten Ausführungsform der Außenzahnradpumpe 1, bei welcher die Förderzahnräder 2 und 3 in axialer Richtung gegeneinander verlagerbar sind, ein sehr schnelles Ausschwingverhalten nach einem Kaltstart einer Brennkraftmaschine, für welche die Außenzahnradpumpe 1 beispielsweise als Schmierölpumpe eingesetzt wird, erzielt.
Die 2 zeigt den Bereich der Außenzahnradpumpe 1, also die beiden Förderzahnräder 2 und 3, bei einer zweiten Axialposition der Förderzahnräder 2 und 3 gegeneinander. Insbesondere liegt hierbei eine Stellung vor, in welcher die Überdeckung in axialer Richtung zwischen den Förderzahnrädern 2 und 3 minimal ist. Die Förderzahnräder 2 und 3 sind dabei jedoch derart angeordnet, dass sie in keiner Stellung zueinander außer Eingriff geraten. Vielmehr sollen die Zähne 5 und 6 in jeder möglichen Stellung der Förderzahnräder 2 und 3 zueinander miteinander in Eingriff vorliegen. Es ist deutlich erkennbar, dass die Fluidtasche 16, beziehungsweise die Fluidtaschen 16 in axialer Richtung die Zähne 5 jeweils lediglich teilweise durchgreifen, also in axialer Richtung nur auf einer Seite randoffen ausgestaltet sind.
Hierzu weisen die Nachlaufzahnflanken 10 jeweils einen Fluidtaschenbereich 17 sowie einen Kontaktbereich 18 auf. Während in dem Fluidtaschenbereich 17 die Nachlaufzahnflanke 10 in radialer Richtung zumindest bereichsweise konkav verläuft, ist in dem Kontaktbereich 18 die Nachlaufzahnflanke 10 zumindest bereichsweise konvex, also in die von der jeweiligen Vorlaufzahnflanke 9 abgewandte Richtung gewölbt. Beispielsweise ist in dem Kontaktbereich 18 die Nachlaufzahnflanke 10 symmetrisch zu der Vorlaufzahnflanke 9 ausgebildet. Die Abmessungen des Kontaktbereichs 18 in axialer Richtung sind derart gewählt, dass auch in der hier dargestellten Stellung der beiden Förderzahnräder 2 und 3 zueinander, in welcher die minimale Überdeckung vorliegt, der Kontaktbereich 18 in Überdeckung mit dem zweiten Förderzahnrad 3 vorliegt. Der Kontaktbereich 18 soll also bei jeder Stellung der Förderzahnräder 2 und 3 zueinander in Überdeckung mit dem zweiten Förderzahnrad 3 vorliegen.
Auf diese Art und Weise wird eine gute Rückdrehfähigkeit der Außenzahnradpumpe 1 und zudem ein gleichbleibendes Spiel in Umfangsrichtung zwischen den Förderzahnrädern 2 und 3 unabhängig von der Überdeckung realisiert. Das Spiel kann beispielsweise gleich Null sein.
Alternativ ist es größer als Null und beträgt beispielsweise bezogen auf eine der Drehachsen 7 und 13 höchstens 0,1°, höchstens 0,25°, höchstens 0,5°, höchstens 0,75°, höchstens 1°, höchstens 2,5° oder höchstens 5°. Es kann auch zwischen zwei der genannten Werte liegen, also beispielsweise mindestens 0,25° und höchstens 0,75° betragen.
Die 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung des ersten Förderzahnrads 2. Erkennbar ist, dass die Fluidtasche 16 in Umfangsrichtung von einem Zahnflankenrandbereich 19 begrenzt ist. Der Zahnflankenwandbereich 19 ist im Querschnitt gesehen vorzugsweise kreisbogenförmig. Der Zahnflankenwandbereich 19 erstreckt sich dabei vorzugsweise von einem Zahnfußkreis 20, der jeweils zwischen zwei Zähnen 5 des Förderzahnrads 2 vorliegt bis hin zu einem Kopfbereich 21 des jeweiligen Zahns 5.
Der Zahnfußkreis 20 weist einen Fußkreisdurchmesser d_f auf. Ein Kopfkreisdurchmesser ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als d_k angedeutet. Die Differenz zwischen dem Kopfkreisdurchmesser d_k und dem Fußkreisdurchmesser d_f entspricht der doppelten Zahnhöhe h, welche hier nicht dargestellt ist. Es gilt also d_k – d_f = 2h. Die Zahnhöhe h setzt sich für die hier gezeigte Ausführungsform der Außenzahnradpumpe 1 aus einer Taschenhöhe h_t und einer Kopfbereichshöhe h_k des Kopfbereichs 21 zusammen. Daraus ergibt sich wiederum, dass sich die Fluidtasche 16 in radialer Richtung unmittelbar an den Zahnfußkreis 20 anschließt. Besonders bevorzugt geht die Fluidtasche 16 beziehungsweise der die Fluidtasche 16 begrenzende Zahnflankenwandbereich 19 unmittelbar von dem Zahnfußkreis 20 aus. Vorzugsweise läuft er tangential aus diesem aus.
Der Zahnflankenwandbereich 19 kann dabei im Querschnitt gesehen kreisbogenförmig sein, insbesondere über seine gesamte Erstreckung oder zumindest einen Großteil seiner Erstreckung in radialer Richtung hinweg, insbesondere über mindestens 50%, mindestens 75%, mindestens 80%, mindestens 85%, mindestens 90% oder mindestens 100%. Auf der dem Zahnfußkreis 20 abgewandten Seite läuft der Zahnflankenwandbereich 19 in den Kopfbereich 21 aus beziehungsweise geht in diesen über. Der Übergang kann beispielsweise über eine Rundung 22 vorgenommen sein, um eine hohe Festigkeit des ersten Förderzahnrads 2 zu erzielen. Die Abmessungen h_k des Kopfbereichs 21 beträgt bezogen auf die halbe Differenz zwischen dem Kopfkreisdurchmesser d_k und dem Fußkreisdurchmesser d_f mindestens 5%, kann jedoch auch größer sein. Deutlich ist hier nochmals zu erkennen, dass die Fluidtasche 16 lediglich einseitig randoffen in dem ersten Förderzahnrad 2 ausgebildet ist. Auf einer Seite in axialer Richtung gesehen wird sie von einer von dem Kontaktbereich 18 ausgebildeten Wand 23 begrenzt.
Die 4 zeigt eine Detaildarstellung eines Bereichs des ersten Förderzahnrads 2. Deutlich ist hier die Rundung 22 zu erkennen, über welche der Zahnflankenwandbereich 19 in den Kopfbereich 21 übergeht. Die Rundung 22 kann Bestandteil des Zahnflankenwandbereichs 19 oder des Kopfbereichs 21 sein. Die hier vorgestellte Ausführungsform der Außenzahnradpumpe 1 weist eine äußerst geringe Kavitationsneigung auf, weil in die Fluidtasche 16 hineingedrängtes Fluid in axialer Richtung zumindest teilweise aus ihr herausgelangen kann. Gleichzeitig werden jedoch die Rückdrehfähigkeit der Außenzahnradpumpe 1 und ein gleichbleibendes Spiel in Umfangsrichtung unabhängig von der Überdeckung durch das Vorliegen des Kontaktbereichs 18 sichergestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19818027 A1 [0004]

Claims

Außenzahnradpumpe (1), mit einem treibenden ersten Förderzahnrad (2) sowie mit einem von dem ersten Förderzahnrad (1) angetriebenen zweiten Förderzahnrad (3), die zur Förderung eines Fluids von einer Saugseite (7) auf eine Druckseite (8) der Außenzahnradpumpe (1) miteinander kämmen, wobei das erste Förderzahnrad (2) und das zweite Förderzahnrad (3) jeweils mehrere Zähne (5, 6) mit jeweils einer in Drehrichtung des entsprechenden Förderzahnrads (2, 3) vorlaufenden Vorlaufzahnflanke (9, 11) sowie einer nachlaufenden Nachlaufzahnflanke (10, 12) aufweisen, wobei die Vorlaufzahnflanke (9, 11) des ersten Förderzahnrads (2) mit der Nachlaufzahnflanke (10, 12) des zweiten Förderzahnrads (3) zum Antreiben des zweiten Förderzahnrads (3) durch das erste Förderzahnrad (2) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachlaufzahnflanken (10, 12) des ersten Förderzahnrads (2) zur Ausbildung jeweils einer Fluidtasche (16) an wenigstens einer Axialposition in radialer Richtung zumindest bereichsweise konkav verlaufen.
Außenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (6) des zweiten Förderzahnrads (3) symmetrisch ausgestaltet sind.
Außenzahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidtasche (16) in der jeweiligen Nachlaufzahnflanke (10) des ersten Förderzahnrads (2) in axialer Richtung gesehen wenigstens einseitig, insbesondere nur auf einer Seite, randoffen ausgebildet ist.
Außenzahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachlaufzahnflanken (10) des ersten Förderzahnrads (2) in axialer Richtung gesehen jeweils einen die Fluidtasche (16) aufnehmenden Fluidtaschenbereich (17) sowie einen unmittelbar an den Fluidtaschenbereich (17) angrenzenden Kontaktbereich (18) aufweisen, wobei die Nachlaufzahnflanken (10) in dem Kontaktbereich (18) konvex verlaufen, insbesondere symmetrisch zu den jeweiligen Vorlaufzahnflanken (9) der entsprechenden Zähne (5) sind.
Außenzahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Förderzahnrad (2) und das zweite Förderzahnrad (3) in axialer Richtung bezüglich einer Drehachse (13, 14) eines der Förderzahnräder (2, 3) gegeneinander zur Einstellung einer bestimmten Überdeckung verlagerbar sind, wobei die Abmessungen des Kontaktbereichs (18) in axialer Richtung derart gewählt sind, dass der Kontaktbereich (18) bei jeder Stellung der beiden Förderzahnräder (2, 3) zueinander in axialer Richtung in Überdeckung mit dem zweiten Förderzahnrad (3) vorliegt.
Außenzahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Fluidtasche (16) begrenzender Zahnflankenwandbereich (19) die jeweilige Nachlaufzahnflanke (10) des ersten Förderzahnrads (2) unmittelbar von einem Zahnfußkreis (20) ausgeht, insbesondere tangential aus diesem ausläuft.
Außenzahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (5) des ersten Förderzahnrads (2) jeweils einen Kopfbereich (21) aufweisen, in welchem die Nachlaufzahnflanke (10) konvex ist, insbesondere symmetrisch zu der entsprechenden Vorlaufzahnflanke (9) ausgebildet ist.
Außenzahnradpumpe, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Kopfbereichs (21) in radialer Richtung bezogen auf die Differenz zwischen Kopfkreisradius und Fußkreisradius der Zähne (5) des ersten Förderzahnrads (2) mindestens 5%, mindestens 10%, mindestens 15%, mindestens 20%, mindestens 25%, mindestens 30%, mindestens 35% oder mindestens 40% betragen.
Außenzahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnflankenwandbereich (19) im Querschnitt gesehen kreisbogenförmig ist.
Außenzahnradpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zahnflankenwandbereich (19) über eine Fase oder eine Rundung (22) an den Kopfbereich (21) anschließt.