DE102017102856A1

DE102017102856A1 - Zahnrad mit Druckausgleichstasche

Info

Publication number: DE102017102856A1
Application number: DE102017102856.0A
Authority: DE
Inventors: Lothar Preisler; Michael Ehringer; Andreas Scheidemann
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-08-16

Abstract

Zahnrad (1) für eine Zahnradpumpe, das eine Vielzahl von Zähnen (2) aufweist, wobei jeder der Zähne (2) eine erste axiale Stirnseite (3), eine zweite axiale Stirnseite (4), eine in Rotationsrichtung des Zahnrads (1) treibende Flanke (7) und eine getriebenen Flanke (6), einen Zahnfuß und einen Zahnkopf umfasst, wobei zumindest eine Tasche (5) in wenigstens einer der Flanken (6, 7) wenigstens eines der Zähne (2) eingebracht ist, wobei die Tasche (5) von einer der Stirnseiten (3, 4) und der wenigstens einen Flanke (6, 7) zugänglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad für eine Zahnradpumpe, eine Fördereinheit für eine Zahnradpumpe und eine Zahnradpumpe, die wenigstens ein Zahnrad oder wenigstens eine Fördereinheit gemäß der Erfindung umfasst.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Zahnrad für eine Zahnradpumpe zur Verfügung zu stellen, mit dem die Leistung, die Lebensdauer und die Geräuschentwicklung beim Betrieb einer Zahnradpumpe reduziert werden kann. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Fördereinheit und ferner einer Zahnradpumpe mit wenigstens einem derartigen Zahnrad.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Zahnrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1, der Fördereinheit gemäß dem Anspruch 6 und der Zahnradpumpe gemäß dem Anspruch 7. Die abhängigen Ansprüche können den Gegenstand, auf den sie rückbezogen sind jeweils vorteilhaft weiterbilden.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Zahnrad für eine Zahnradpumpe, das eine Vielzahl von Zähnen aufweist, wobei jeder der Zähne eine erste axiale Stirnseite, eine zweite axiale Stirnseite, eine in Rotationsrichtung des Zahnrades treibende Flanke und eine getriebenen Flanke, einen Zahnfuß und einen Zahnkopf umfasst. Das Zahnrad weist wenigstens eine Tasche auf, die in wenigstens einer der Flanken wenigstens eines der Zähne, vorzugsweise in einem Abstand von dem Zahnfuß und dem Zahnkopf, eingebracht ist, wobei die Tasche von wenigstens einer der Stirnseiten und der wenigstens einen Flanke zugänglich ist. Vorzugsweise unterbricht die Tasche eine Kante zwischen der axialen Stirnseite und der Flanke oder die Tasche ist auf der Kante zwischen der axialen Stirnseite und der Flanke angeordnet. Die Tasche ist vorteilhaft axial und in eine der Umfangsrichtungen geöffnet.
Dass die wenigstens eine Tasche in einem Abstand vom Zahnfuß und vom Zahnkopf angeordnet ist, bedeutet vorzugsweise, dass die Tasche in Radialrichtung in einem Bereich des oder nahe des Zahnfußes und in einem Bereich des oder nahe des Zahnkopfes endet. Die Zugänglichkeit der Tasche von der ersten und/oder zweiten axialen Stirnseite und der treibenden und/oder getriebenen Flanke, kann bedeuten, dass die Tasche so ausgebildet ist, dass eine ihrer Seiten zu der Stirnseite und eine andere Seite zu der Flanke komplett offen ist. Es kann aber auch bedeuten, dass die Tasche in Axialrichtung von der ersten axialen Flanke bis zu zweiten Flanke durchgehend gebildet ist und mit jeweils einer Seite zu der jeweiligen Flanke offen ist. Eine weitere Bedeutung kann sein, dass die Tasche in der Zahnflanke gebildet ist und über einen Kanal, der zur Flanke hin offen oder geschlossen ist, mit der oder den axialen Stirnseiten verbunden ist und darin münden; oder, dass die Tasche/Taschen in die axialen Stirnseiten eingebracht sind und über einen Kanal mit der Flanke/den Flanken des Zahns verbunden ist/sind und darin münden. Die Aufzählung der Bedeutungen ist nicht abschließend, sondern es gibt weitere alternative Ausführungen, die der Fachmann aus dem gewählten Wortlaut ableiten kann. Diese weiteren Ausführungen gehören zum Umfang der Erfindung.
In bevorzugten Ausführungen kann jeder Zahn oder jeder zweite Zahn oder jeder dritte Zahn oder eine beliebige andere Anzahl von Zähnen des Zahnrades eine oder wenigstens eine entsprechende Tasche aufweisen. Dabei kann die Tasche an jedem der Zähne an der treibenden oder der getriebenen Flanke angeordnet sein, oder die Taschen können beliebig verteilt auf der treibenden und der getriebenen Flanke angeordnet sein. Das Zahnrad kann vorzugsweise Zähne mit zumindest einer Tasche und Zähne ohne einer Tasche aufweisen.
Vorteilhaft unterscheiden sich zumindest zwei der Zähne oder zumindest drei der Zähne oder eine beliebige Anzahl der Zähne des Zahnrads hinsichtlich ihrer zumindest einen Tasche und/oder hinsichtlich einer Taschenanzahl voneinander. Die zumindest eine Tasche an einem ersten Zahn kann bezüglich ihres Volumens und/oder ihrer Länge und/oder ihrer Breite und/oder ihrer Tiefe und/oder ihrer Form und/oder ihrer Anordnung am Zahn von einer zweiten Tasche/mehreren oder allen anderen Taschen in wenigsten einem, mehreren oder allen der weiteren Zähne unterschiedlich sein. Ein Unterschied kann auch dadurch bestehen, dass der erste Zahn zumindest eine Tasche aufweist und der zumindest eine weitere Zahn keine Tasche aufweist. Ferner kann ein erster Zahn im Vergleich zumindest zu einem weiteren Zahn eine andere Anzahl an Taschen aufweisen. Das Zahnrad weist vorzugsweise zumindest zwei Zähne auf, die hinsichtlich ihrer Taschen asymmetrisch zueinander ausgebildet sind. Die Taschen zumindest zweier Zähne sind vorteilhaft asymmetrisch zueinander ausgebildet, insbesondere zumindest hinsichtlich ihrer Form, Ausdehnung, Anzahl und/oder Position. Des Weiteren kann das Zahnrad zumindest zwei Zähne mit identischen Taschen aufweisen. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Taschen alle identisch ausgebildet und im jeweiligen Zahn im gleichen Abstand vom Zahnfuß und vom Zahnkopf eingebracht sind.
Vorzugsweise können im Falle von zahlreichen Taschen, mehrere davon gleich und wenigsten eine unterschiedlich ausgebildet sein. Die Unterschiede können zum Beispiel auch in einer unterschiedlichen Oberfläche der Tasche bestehen, zum Beispiel kann die Taschenoberfläche glatt, aufgeraut oder strukturiert sein, um das Fließverhalten eines Fluids in die und aus der Tasche zu beeinflussen.
Das Zahnrad kann in einem Gussprozess, durch das Verpressen von Pulver oder mechanischer Bearbeitung eines Roh- oder Halbzeugs hergestellt und die wenigstens eine Tasche mit dem Zahnrad in einem Teil urgeformt oder nachträglich durch spanabhebende Nachbearbeitung des Zahnrads ausgebildet sein. Das Material kann ein Kunststoff, ein faserverstärkter Kunststoff oder ein Metall oder eine Metalllegierung sein. Das Zahnrad kann auch aus einem Verbundstoff gebildet sein, der Teile aus mehrerer der genannten und/oder anderen geeigneten Materialien umfasst.
In den Zahn des Zahnrades, respektive in der treibenden oder getriebenen Flanke können auch mehr als eine Tasche eingebracht sein, von denen wenigstens eine von einer der axialen Stirnseiten und der entsprechenden Flanke zugänglich ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Fördereinheit für eine Zahnradpumpe, mit einem ersten Zahnrad und mindestens einem zweiten Zahnrad, die miteinander kämmen, wobei wenigstens eines der Zahnräder ein Zahnrad ist wie es zum ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wurde. Die Zähne des ersten Zahnrads können sich von den Zähnen des zweiten Zahnrads hinsichtlich ihrer zumindest einen Tasche und/oder hinsichtlich einer Taschenanzahl voneinander unterscheiden. Vorzugsweise unterscheiden sich zumindest eines der Zähne des ersten Zahnrads und zumindest eines der Zähne des zweiten Zahnrads hinsichtlich der zumindest einen Tasche und/oder hinsichtlich der Taschenanzahl voneinander.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit einem ersten Zahnrad und mindestens einem zweiten Zahnrad, die miteinander kämmen, wobei wenigstens eines der Zahnräder ein Zahnrad ist wie es zum ersten Aspekt der Erfindung beschrieben wurde, oder mit mindestens einer Fördereinheit, wobei die Fördereinheit ausgebildet ist wie es zum zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben wurde. Die zumindest zwei Zahnräder oder die Fördereinheit sind oder ist in einem Gehäuse angeordnet und fördern oder fördert ein Fluid, insbesondere ein Schmier- und/oder Kühlmittel, von einem Saugbereich in einen Druckbereich. Das Schmier- und/oder Kühlmittel ist vorteilhaft als ein Schmier- und/oder Kühlöl ausgebildet. Die Zahnradpumpe ist vorzugsweise für Kraftfahrzeuge vorgesehen. Die Zahnradpumpe ist vorzugsweise als eine Schmierölpumpe, insbesondere zur Schmierung und/oder Kühlung eines Motors des Kraftfahrzeugs, vorteilhaft einer Brennkraftmaschine, ausgebildet. Grundsätzlich kann die Zahnradpumpe als eine Getriebepumpe ausgebildet sein.
Wenn beide Zahnräder nach dem ersten Aspekt ausgebildet sind, kann die Tasche oder können die Taschen an den beiden Zahnrädern so angeordnet sein, dass zumindest eine der Taschen am ersten Zahnrad und eine der Taschen am zweiten Zahnrad während dem Betrieb der Zahnradpumpe sich kurzfristig zumindest bereichsweise überlappen, wenn das erste Zahnrad mit dem zweiten Zahnrad kämmt. Die sich überlappenden Taschen können unterschiedlich voneinander oder identisch zueinander ausgebildet und/oder angeordnet sein.
Die zumindest eine Tasche kann einen an den Zahnfuß des Zahnrades angrenzenden Fluidraum mit einem an dessen Zahnkopf angrenzenden Kopfbereich verbinden und so zumindest einen teilweisen Druckausgleich zwischen diesen beiden Bereichen bewirken. Dadurch kann ein Quetschdruck zwischen zwei ineinander greifenden Zähnen reduziert werden.
Von den zwei oder mehreren Zahnrädern der Zahnradpumpe ist wenigstens eine mit einem Antrieb verbunden und wenigstens eines wir von dem mit dem Antrieb verbundenen Zahnrad angetrieben.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Zahnrades gemäß dem ersten Aspekt anhand von Figuren näher erläutert. Dabei handelt es sich lediglich um ein Ausführungsbeispiel, auf die die Erfindung nicht beschränkt werden kann. Erfindungswesentliche Merkmale, die nur den Figuren entnommen werden können, können den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche vorteilhaft weiterbilden. DieFiguren zeigen im Einzelnen:

1: Zahnrad mit Achsstummel in einer Seitenansicht;
2: Zahnrad der 1 in einer perspektivischen Seitenansicht;
3: Zahnrad der 1 in einer Draufsicht;
4: Zahnrad der 1 in einer perspektivischen Draufsicht.

In den 1bis 4 ist ein Zahnrad 1 einer Zahnradpumpe für ein Kraftfahrzeug gezeigt, das zusammen mit einem Achsstummel 9 zum Verbinden mit einer nicht gezeigten Antriebseinrichtung oder zum Lagern in einem nicht gezeigten Drehlager in einem Stück urgeformt oder gefügt, beispielweise verklebt, verschweißt oder durch Form und/oder Kraftschluss verbunden ist.
Das Zahnrad 1 weist einen Zahnkranz auf, mit einer ersten axialen Stirnseite 3 und einer zweiten axialen Stirnseite 4. Der Zahnkranz umfasst eine Vielzahl von Zähnen 2, die in Umfangsrichtung des Zahnrades 1 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. In jedem der Zähne 2 in der ersten axialen Stirnseite 3 ist eine Tasche 5 gebildet.
In der 2 ist das Zahnrad 1 der 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Jeder der Zähne 2 hat eine erste Flanke 6 und eine zweite Flanke 7. Die Flanke 7 kann beispielsweise, wenn das Zahnrad 1 mittels der Antriebseinrichtung in Pfeilrichtung dreht, die treibende Flanke des Zahnrads 1 sein, entsprechend ist in diesem Fall die Flanke 6 die getriebene Flanke des Zahnrads 1. Die Taschen 5 sind in dieser Ansicht nur dadurch auszumachen, dass die axiale Stirnseite 3 des Zahnrads 1 eine Ausbuchtung aufweist, die der Taschenform in der Ebene der axialen Stirnseite 3 des Zahnrads 1 entspricht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Tasche 5 eine Form, die kontinuierlich von der axialen Stirnseite 3 in die Form der treibenden Flanke 7 übergeht. Die Taschen 5 sind jeweils von der ersten axialen Stirnseite 3 und der treibenden Flanke 7 zugänglich.
Die 3 zeigt eine Draufsicht auf das Zahnrad 1 von der Seite des Achsstummels 9. Jeder der Zähne 2 weist eine Tasche 5 auf, wobei nicht alle Taschen 5 gleich geformt sind, sondern zumindest die Öffnungsflächen 8 und die radiale Tiefe der Taschen 5 in der ersten Stirnseite 3 unterschiedlich sind.
Die 4 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf das Zahnrad 1. Die unterschiedliche Gestaltung der Taschen 5 führt zu unterschiedlichen Volumina V1, V2 der Taschen 5, die sich mit einem Fluid füllen können, wenn das Zahnrad 1 Teil der nicht dargestellten Zahnradpumpe ist.
Die Taschen 5 sind in den 1 bis 4 immer in gleicher Form gezeigt. Die Form der Taschen 5 kann aber variieren, ebenso die Anordnung der Taschen 5 in der oder den Flanken 6, 7. So können in einer Flanke 7, 8 mehrere Taschen ausgebildet sein, von denen wenigstens eine direkt oder über einen offenen Kanal oder eine Bohrung mit einer der axialen Stirnseiten 3, 4 verbunden ist. Taschen 5 können auf beiden Flanken 6, 7 gebildet sein.
Eines oder mehrere der Zahnräder 1 können von der nicht dargestellten Zahnradpumpe umfasst sein. Handelt es sich bei zwei miteinander kämmenden Zahnrädern um Zahnräder 1, können Taschen 5 so angeordnet sein, dass sie beim Kämmen der Zahnräder 1 einander zumindest teilweise kurzfristig überlappen, so dass durch eine dadurch entstehende Verbindung eines Fluidraums im Fußbereich des Zahns 1 mit einem Fluidraum im des Kopfbereich des Zahns 1 ein Druckausgleich zwischen den beiden Fluidräumen erfolgen kann. Durch das Volumen der Taschen 5, die Fläche der Überlappung und die Zeitdauer der Überlappung kann der Umfang des Druckausgleichs für jede überlappende Taschenkombination zumindest näherungsweise vorgegeben werden.
Bezugszeichenliste

1: Zahnrad
2: Zahn
3: erste axiale Stirnseite
4: zweite axiale Stirnseite
5: Tasche
6: getriebene Flanke
7: treibende Flanke
8: Fläche
9: Achsstummel
V1: Volumen
V2: Volumen

Claims

Zahnrad (1) für eine Zahnradpumpe, das eine Vielzahl von Zähnen (2) aufweist, wobei jeder der Zähne (2) eine erste axiale Stirnseite (3), eine zweite axiale Stirnseite (4), eine in Rotationsrichtung des Zahnrads (1) treibende Flanke (7) und eine getriebenen Flanke (6), einen Zahnfuß und einen Zahnkopf umfasst, gekennzeichnet durch zumindest eine Tasche (5), die in wenigstens einer der Flanken (6, 7) wenigstens eines der Zähne (2) eingebracht ist, wobei die Tasche (5) von einer der Stirnseiten (3, 4) und der wenigstens einen Flanke (6, 7) zugänglich ist.
Zahnrad (1)nach Anspruch 1, wobei jeder Zahn (2) oder jeder zweite Zahn (2) oder jeder dritte Zahn (2) etc. jeweils zumindest eine Tasche (5) aufweist.
Zahnrad (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich zumindest zwei der Zähne (2) hinsichtlich ihrer zumindest einen Tasche (5) und/oder hinsichtlich einer Taschenanzahl voneinander unterscheiden.
Zahnrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich die zumindest eine Tasche (5) an zumindest einem ersten Zahn (2) bezüglich des Volumens (V1, V2) und/oder der Länge und/oder der Breite und/oder der Tiefe und/oder der Form und/oder der Anordnung am Zahn (2) von der Tasche/den Taschen (5) in wenigsten einem, mehreren oder allen der weiteren Zähne (5) unterscheidet.
Zahnrad (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehr als eine Tasche (5) in die Flanke (6,7) des Zahns (2) eingebracht sind, von denen wenigstens eine von einer der axialen Stirnseiten (3, 4) und der Flanke (6, 7) zugänglich ist.
Fördereinheit für eine Zahnradpumpe, mit einem ersten Zahnrad (1) und mindestens einem zweiten Zahnrad, die miteinander kämmen, wobei wenigstens eines der Zahnräder ein Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist, dadurch gegenzeichnet, dass zumindest eines der Zähne (2) des ersten Zahnrads (1) und zumindest eines der Zähne des zweiten Zahnrads sich hinsichtlich der zumindest einen Tasche und/oder hinsichtlich der Taschenanzahl voneinander unterscheiden.
Zahnradpumpe mit einem ersten Zahnrad (1) und mindestens einem zweiten Zahnrad, die miteinander kämmen, wobei wenigstens eines der Zahnräder ein Zahnrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist, oder mit mindestens einer Fördereinheit nach Anspruch 6.
Zahnradpumpe nach Anspruch 7, wobei zumindest eine der Taschen (5) am ersten Zahnrad (1) und eine der Taschen (5) am zweiten Zahnrad (1) sich kurzfristig zumindest bereichsweise überlappen, wenn das erste Zahnrad (1) mit dem zweiten Zahnrad (1) kämmt.
Zahnradpumpe nach Anspruch 7 oder 8, wobei die zumindest eine Tasche (5) einen an den Zahnfuß des Zahnrads (1) angrenzenden Fluidraum mit einem an dessen Zahnkopf angrenzenden Kopfbereich verbindet.
Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das erste Zahnrad (1) mit einem Antrieb verbunden und das zweite Zahnrad vom ersten Zahnrad (1) angetrieben ist.