-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Außenzahnradpumpe zur Hydraulikmittelförderung in einem Kupplungsaktuator eines Kraftfahrzeugs, mit einem erstem Ritzel und einem mit diesem kämmenden zweiten Ritzel, die (d.h. das erste und das zweite Ritzel) über eine Axialscheibe axialdefiniert / axial kompensiert innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind.
-
Bei Verdrängerpumpen allgemein und bei Außenzahnradpumpen im Speziellen liegt ein Fokus darauf, volumetrische Verluste zu minimieren, Förderdrücke zu erhöhen und das Ansaugverhalten zu verbessern. Dies wird im Stand der Technik über den Einsatz von sogenannten Pumpenbrillen, auch Axialplatten genannt, erreicht. Diese gewährleisten zum ersten, dass die jeweiligen Ritzel axialdefiniert / axial kompensiert sind, d.h. dass sie eine vorbestimmte axiale Position einnehmen, und zum zweiten dass sie auch dazu geeignet sind, eine Lagerung der jeweiligen Ritzel vorzunehmen.
-
Eine gattungsgemäße Pumpe ist aus der
DE 10 2017 106 827 A1 bekannt. Darin ist eine (Außen-)Zahnradpumpe mit zwei miteinander kämmenden Ritzeln offenbart, die zwischen zwei axialen Begrenzungsflächen mit Hilfe von Pumpenbrillen drehbar gelagert und axialdefiniert sind.
-
Das Axialdefinieren / die axiale Kompensation wird im Stand der Technik also mittels Pumpenbrillen durchgeführt. Dabei legen sich die Pumpenbrillen der Außenzahnradpumpen durch geeignete Maßnahmen, z. B. durch Öldruck oder durch Federn, axial an die Ritzel an und eliminieren in der Folge einen axialen Spalt, der eine Leckage verursachen könnte bzw. würde. Oft wird mittels der Pumpenbrillen zusätzlich noch die Lagerung der beiden Ritzel bewerkstelligt. Die Anpresskraft auf die Pumpenbrille ist dabei auf die individuellen und variierenden Rahmenbedingungen abzustimmen, um einerseits ein sicheres Anlegen in sämtlichen Betriebszuständen zu gewährleisten und andererseits die Anpresskraft nicht zu hoch werden zu lassen, um die mechanischen Verluste klein zu halten. Die axiale Kompensation kann hierbei ein- oder beidseitig erfolgen.
-
Die Pumpenbrillen aus dem Stand der Technik füllen im Wesentlichen den gesamten Pumpenraum aus, um das Axialdefinieren sowie die Lagerung zuverlässig zu realisieren. Um hohe technische Standards zu erfüllen, hat jenes Ausfüllen so präzise wie möglich zu erfolgen, sodass zwischen Pumpengehäuse und Pumpenbrille radial möglichst wenig Spiel vorhanden ist, um die axiale Leckage in diesem Bereich klein zu halten.
-
Hieraus ergibt sich das Problem, dass mehrere Bauteiltoleranzen zu berücksichtigen sind. So wirken sich auf ein passgenaues Einpassen der Pumpenbrille die jeweiligen Innendurchmesser des Pumpengehäuses im Bereich der beiden Ritzel, die beide Außendurchmesser der (achtförmigen) Pumpenbrille selbst, die Position der beiden Innendurchmesser des Pumpengehäuses zueinander sowie die Position der beiden Außendurchmesser der Pumpenbrille zueinander aus. Folglich sind all diese Durchmesser und Bauteile aufeinander so abzustimmen, dass die Pumpenbrille in jedem Betriebszustand und bei jeder Temperatur beweglich bleibt, um ein Verklemmen zu verhindern. Um den Leckagespalt klein zu halten, erfordert dies kleine Toleranzen und vor allem bei Pumpenbrillen mit Lagerfunktion eine aufwendige und in der Folge kostspielige Fertigung. Ein gewisses Spiel der einzelnen Komponenten lässt sich aber nicht vermeiden, da die ganzen Toleranzen vorgehalten werden müssen.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu mildern und insbesondere eine Außenzahnradpumpe zu offenbaren, deren Axialscheibe / Pumpenbrille eine vereinfachte Geometrie aufweist und günstiger ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Spalte zwischen dem Gehäuse und der Axialscheibe weiter zu minimieren, ohne die bauteilbedingten Fertigungstoleranzen zu verschärfen.
-
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Axialscheibe, die ausschließlich das erste Ritzel axialdefiniert / axial kompensiert, stofflich separat zu einer zweiten Axialscheibe, die ausschließlich das zweite Ritzel axialdefiniert / axial kompensiert, ausgestaltet ist. Dies ermöglicht eine zweiteilige Ausführung der Axialscheibe, bei der die erste Axialscheibe funktional dem ersten Ritzel zugeordnet ist und die zweite Axialscheibe funktional dem zweiten Ritzel zugeordnet ist. Auf diese Weise wird eine vereinfachte Anpassung der Axialscheiben an Bauteiltoleranzen und variierende Betriebsbedingungen erreicht.
-
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung vereinfacht den Pumpenaufbau (insbesondere bei Niederdruckpumpen, bei denen für ein verbessertes Ansaugverhalten in erster Linie die Radialspalte zu verringern sind), indem ein Axialdefinieren / eine axiale Kompensation nur auf einer Seite des Ritzels und ohne Lagerfunktion bewerkstelligt wird. Zusätzlich ermöglicht die zweiteilige Ausgestaltung der Axialscheiben Auswirkungen von Positionsungenauigkeiten der Innen- bzw. der Außendurchmesser zueinander zu eliminieren. Bildlich gesprochen wird die zumindest eine Pumpenbrille aus dem Stand der Technik erfindungsgemäß von zwei Pumpenmonokeln ersetzt.
-
Vorteilehafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und seien nachfolgend näher erläutert.
-
So weist in einer vorteilhaften Ausführungsform zumindest eine, vorzugsweise beide, der Axialscheiben an ihrer dem Ritzel abgewandten Stirnfläche eine Einbettung auf, in der ein Federelement zur axialen Vorspannung der zumindest einen Axialscheibe angeordnet ist, welches an der dem Ritzel abgewandten Seite das Gehäuse kontaktiert.
-
Die Federkraft ist hierbei so einstellbar, dass die Axialscheiben nur im Ruhezustand angedrückt werden und im Betrieb bei Innendruck der Pumpe abheben, sodass nur ein kleines Anfahrmoment benötigt wird. Es ist alternativ auch möglich, die Pumpe zu kompensieren / axial zu definieren und die Federkraft mit den Innenkräften der Pumpe und den Kompensationskräften so abstimmen, dass die Federscheiben dauerhaft anliegen. Hier wird in der Regel die Federkraft (und damit das Anfahrmoment) höher sein als in der zuvor beschriebenen Alternative, da die Kompensationskräfte in der Regel wesentlich niedriger sind, als die Innenkräfte der Pumpe unter Druck. Dies ist durch die Kraft der Federelemente auszugleichen. Die Kompensationskräfte werden durch Flächen auf der der Pumpe abgewandten Seite der Federscheiben, auf die dann der Pumpendruck wirkt, gebildet.
-
Das Federelement kann z. B. ein O-Ring, der gleichzeitig die Abdichtung zu den Ritzelwellen bewerkstelligt bzw. Kompensationsflächen bildet, oder ein anderes Dichtelement sein, möglich ist aber auch ein reines Federelement, z. B. eine Federscheibe oder eine Tellerfeder, vorteilhafterweise mit einer flachen Federkennlinie, um die Auswirkung von Toleranzschwankungen klein zu halten.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zumindest eines, vorzugsweise beide, der Ritzel dazu vorbereitet, an der einen Ritzelstirnseite zumindest temporär mit der Axialscheibe in Kontakt zu stehen und an der anderen Ritzelstirnseite zumindest temporär mit dem Gehäuse in Kontakt zu stehen. Folglich wird das Axialdefinieren / die axiale Kompensation nur noch einseitig von der Axialscheibe durchgeführt, was die Toleranzabhängigkeiten der Axialscheibe weiter senkt.
-
Weiter bevorzugt ist die Lagerung der Ritzel jeweils durch entsprechende Vertiefungen in dem Gehäuse realisiert. Folglich übernimmt die Axialscheibe nur noch die eine Funktion des Axialdefinierens, während die Lagerung nunmehr durch das Gehäuse gewährleistet ist. Dies senkt die Komplexität der Abstimmung der einzelnen Komponenten zueinander.
-
Weiterhin sei erwähnt, dass durch die Zweiteilung der Axialplatte zwischen beiden Axialscheiben ein Spalt entsteht, der maßtechnisch klein zu halten ist. Durch die Anpressung der Axialscheiben auf die Ritzel wird sich im Betrieb / beim Anfahren eine Reibkraft einstellen, so dass sich bei der für die Fluidförderung notwendigen gegensinnigen Verdrehung der Ritzel die Axialscheiben ebenfalls bis zur gegenseitigen Anlage an der Fuge mit verdrehen und somit den vorhandenen Spalt eliminieren.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Axialscheibe und die zweite Axialscheibe zueinander identisch ausgeformt sind. Dadurch ist für den Spalt zwischen Gehäuse und Axialscheibe nur noch der Durchmesserunterschied der beiden Bauteile maßgebend, und wenn Gehäuse und Axialscheibe aus dem gleichen Werkstoff bestehen, ist dieser Spalt bei allen Temperaturen gleich und kann somit klein gehalten werden. Die Herstellung wird zudem dadurch sehr vereinfacht, da es sich um ein einfaches Drehteil handelt.
-
In anderen Worten ausgedrückt zielt die Erfindung darauf ab, einerseits die axiale Kompensation mittels der Axialplatten bzw. Axialscheiben zu gewährleisten und andererseits eine zuverlässige Lagerung der Pumpenritzel zu garantieren. Axialplatten aus dem Stand der Technik decken den gesamten Pumpenraum ab bzw. füllen diesen möglichst spielfrei aus, um die axiale Leckage in diesem Bereich klein zu halten.
-
Im Sinne der Erfindung wird die Axialscheibe / Axialplatte / Pumpenbrille der Außenzahnradpumpe wird in mehrere (vorzugsweise drei) Elemente aufgeteilt mit Lagerung im Gehäuse und Dichtfunktion mittels zweier Scheiben mit Wellenfreigang. Die Fertigungstoleranzen sind dabei entkoppelt von der Axialscheibe, was die Kosten reduziert.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Außenzahnradpumpe;
- 2: eine Draufsicht auf die Außenzahnradpumpe;
- 3: eine Draufsicht auf die Außenzahnradpumpe im Teilschnitt; und
- 4a, b zwei perspektivische Ansichten von Axialscheiben.
-
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt eine Außenzahnradpumpe 1 zur Hydraulikmittelförderung, die für den Einsatz in einem Kupplungsaktuator eines Kraftfahrzeugs geeignet ist. Die Außenzahnradpumpe 1 hat ein erstes Ritzel 2 und ein zweites Ritzel 3, das mit dem ersten Ritzel 2 kämmend in Eingriff ist.
-
Die Ritzel 2, 3 sind über eine erste Axialscheibe 4 und eine zweite Axialscheibe 5 axialdefiniert / axial kompensiert innerhalb eines Gehäuses 6 angeordnet, welches sich aus einem unteren Gehäuseblock 7, einem Zwischenelement 8 und einem Pumpendeckel 9 zusammensetzt. Erfindungsgemäß ist die erste Axialscheibe 4, die ausschließlich das erste Ritzel 2 axialdefiniert, stofflich separat zur zweiten Axialscheibe 5, die ausschließlich das zweite Ritzel 3 axialdefiniert, ausgestaltet.
-
Die Axialscheiben sind ausschließlich an der dem Gehäuseblock 7 abgewandten Seite der Ritzel 2, 3 angeordnet. Das Axialdefinieren erfolgt somit axial einseitig. Jede Axialscheibe 4, 5 weist eine Einbettung 10 auf, deren Struktur aus 4a detailliert hervorgeht. In der Einbettung 10 ist ein Federelement 11 angeordnet, das eine (variabel einstellbare) axiale Vorspannung zwischen dem Gehäuse 6 bzw. dem Pumpendeckel 9 und der jeweiligen Axialscheibe 4, 5 vornimmt.
-
Das Federelement 11 kann als abdichtendes Element (wie in 1 als O-Ring) oder als ein reines Federelement, z.B. eine Federscheibe oder eine Tellerfeder realisiert sein. Die Federkennlinie des Federelements 11 ist flach, um die Auswirkungen von Toleranzschwankungen gering zu halten.
-
Zwischen den beiden Axialscheiben 4, 5 ist aufgrund der stofflich separaten Ausgestaltung ein Spalt / eine Fuge 12 vorhanden. Durch die Anpressung der Axialscheiben 4, 5 auf die Ritzel 2, 3 stellt sich im Betrieb / beim Anfahren eine Reibkraft ein, so dass sich bei der für die Fluidförderung notwendigen gegensinnigen Verdrehung der Ritzel 2, 3 die Axialscheiben 4, 5 ebenfalls bis zur gegenseitigen Anlage an der Fuge 12 mit verdrehen und somit den vorhandenen Spalt eliminieren.
-
In der Draufsicht auf die Außenzahnradpumpe 1 in 2 ist erkennbar, dass die Axialscheiben 4, 5 an der Fuge 12 von ihrer rotationssymmetrischen Außenform abweichen, um ein flächiges Anliegen aneinander zu realisieren. Aufgrund der zweiteiligen Ausgestaltung der Axialscheiben 4, 5 ist ein toleranzarmes und fertigungstechnisch hoch skalierbares Bereitstellen der Pumpenbrille ermöglicht.
-
3 zeigt eine Draufsicht gemäß 2, in der das erste Ritzel 2 freigeschnitten ist. Eine Drehrichtung 13 des ersten Ritzels 2 bewirkt eine Reibkraft-Wechselwirkung zwischen dem ersten Ritzel 2 und der ersten Axialscheibe 4, welche das vorstehend beschriebene Eindrehen, was den Spalt der Fuge 12 eliminiert, nach sich zieht.
-
In 4a, b ist schließlich eine Axialscheibe (exemplarisch sowohl für die erste Axialscheibe 4, als auch für die zweite Axialscheibe 5) für sich perspektivisch dargestellt.
-
In 4a zeigt die dem Ritzel abgewandte Seite nach oben. Die Einbettung 10 ermöglicht sowohl einen Radialanaschlag 14, als auch einen Axialanschlag 15 für das (in 4 nicht dargestellte) Federelement 11. Die Axialscheiben 2, 3 sind bevorzugt aus demselben Material hergestellt wie das umliegende Gehäuse 6, insbesondere das Zwischenelement 8, um dieselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorzuweisen und die Betriebseigenschaften der Außenzahnradpumpe 1 somit zu verbessern.
-
In 4b ist die Axialscheibe (exemplarisch sowohl für die erste Axialscheibe 4, als auch für die zweite Axialscheibe 5) in der dem Ritzel 2, 3 zugewandten Perspektive dargestellt. Die Axialscheibe 4, 5 weist eine Scheibentasche 16 auf. Diese ist dazu angepasst, eine Steuerkontur auszuformen. Somit ist ein für die jeweilige Anwendung maßgeschneidertes Anliegen einer Ritzelanlagefläche 17 ermöglicht. Hierbei ist der Kompromiss zwischen geringen Ansaugverlusten und geringen Reibmomenten beim Anfahren über eine Hydraulikeinstellung oder auch über das Federelement 11 (in 4b nicht dargestellt) möglich.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Außenzahnradpumpe
- 2
- erstes Ritzel
- 3
- zweites Ritzel
- 4
- erste Axialscheibe
- 5
- zweite Axialscheibe
- 6
- Gehäuse
- 7
- Gehäuseblock
- 8
- Zwischenelement
- 9
- Pumpendeckel
- 10
- Einbettung
- 11
- Federelement
- 12
- Fuge
- 13
- Drehrichtung
- 14
- Radialanaschlag
- 15
- Axialanschlag
- 16
- Scheibentasche
- 17
- Ritzelanlagefläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102017106827 A1 [0003]
