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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Gerotor-Pumpenstufe gemäß des Obersatzes von Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Förderpumpe mit einer derartigen Gerotor-Pumpenstufe. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer derartigen Förderpumpe. Auch betrifft die Erfindung jeweils ein Verfahren zur Herstellung einer Gerotor-Pumpenstufe, einer Förderpumpe und eines Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Die Druckschrift
DE 35 00 139 A1 offenbart eine Kraftstofffördervorrichtung mit einer Gerotor-Pumpenstufe.
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Bevorzugterweise würde eine derartige Gerotor-Pumpenstufen eine Verzahnung aufweisen, die einer idealen Trochoidenverzahnung entspricht. Allerdings wird in der Praxis von einer derartigen idealen Trochoidenverzahnung abgesehen, indem Änderungen vorgenommen werden, um einen störungsfreien und möglichst verschleißfreien Betrieb der Verzahnung zu ermöglichen.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Gerotor-Pumpenstufe bereitzustellen, die sich insbesondere durch eine einfache Herstellbarkeit und einen geringen Verschleiß auszeichnet. Ferner besteht eine weitere Aufgabe darin, eine Förderpumpe mit einer derartigen Gerotor-Pumpenstufe bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Fahrzeug mit einer derartigen Förderpumpe bereitzustellen. Außerdem besteht eine weitere Aufgabe darin, jeweils ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Gerotor-Pumpenstufe, einer derartigen Förderpumpe und eines derartigen Fahrzeugs bereitzustellen.
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Die Aufgabe hinsichtlich der Gerotor-Pumpenstufe wird dadurch gelöst, dass eine Gerotor-Pumpenstufe mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt wird.
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Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Gerotor-Pumpenstufe mit einem Innenrotor, der eine erste trochoidenartige Innenrotorverzahnung, die sich auf einen ersten Rastkreis bezieht und eine Mehrzahl von Zähnen umfasst, aufweist,
wobei jeweils ein Zahn der Mehrzahl von Zähnen eine Antriebszahnflanke und eine Antriebszahnrückflanke aufweist,
wobei die Zahnflankenkontur der Antriebszahnflanken jeweils einem Verlauf einer Epizykloiden, bezogen auf den ersten Rastkreis, die in einen Verlauf einer Hypozykloiden, bezogen auf den ersten Rastkreis, übergeht, entspricht,
wobei die Zahnflankenkontur der Antriebszahnrückflanken jeweils einem Verlauf einer Epizykloiden, bezogen auf den ersten Rastkreis, die in einen Verlauf einer Hypozykloiden, bezogen auf den ersten Rastkreis, übergeht, entspricht, und mit einem Außenrotor, der eine zweite trochoidenartige Außenrotorverzahnung, die sich auf einen zweiten Rastkreis bezieht und eine weitere Mehrzahl von Zähnen umfasst, aufweist, wobei jeweils ein Zahn der weiteren Mehrzahl von Zähnen eine Abtriebszahnflanke und eine Abtriebszahnrückflanke aufweist,
wobei die Zahnflankenkontur der Abtriebszahnflanken jeweils einem Verlauf einer Hypozykloiden, bezogen auf den zweiten Rastkreis, die in einen Verlauf einer Epizykloiden, bezogen auf den zweiten Rastkreis, übergeht, entspricht,
wobei die Zahnflankenkontur der Abtriebszahnrückflanken jeweils einem Verlauf einer Hypozykloiden, bezogen auf den zweiten Rastkreis, die in einen Verlauf einer Epizykloiden, bezogen auf den zweiten Rastkreis, übergeht, entspricht, wobei die Antriebszahnrückflanken in Umfangsrichtung des ersten Rastkreises derart gegenüber einer idealen Trochoidenverzahnung verschoben angeordnet und/oder die Abtriebszahnrückflanken in Umfangsrichtung des zweiten Rastkreises derart gegenüber einer idealen Trochoidenverzahnung verschoben angeordnet sind, dass während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe die Antriebszahnrückflanken und die Abtriebszahnrückflanken kontaktfrei zueinander, insbesondere kontaktfrei beabstandet, sind.
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Mit anderen Worten unterscheidet sich die erfindungsgemäße Gerotor-Pumpenstufe dadurch von einer idealen Trochoidenverzahnung, dass die Antriebszahnrückflanken und/oder die Abtriebszahnrückflanken in Umfangsrichtung des Innenrotors bzw. des Außenrotors derart verschoben angeordnet sind, dass während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe die Antriebszahnrückflanken und die Abtriebszahnrückflanken während des Betriebs in Förderrichtung voneinander beabstandet sind.
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Unter einer Antriebszahnrückflanke ist grundsätzlich eine Zahnflanke eines Zahns zu verstehen, wobei diese Zahnflanke einer Antriebszahnflanke des Zahns abgewandt ist. Unter einer Abtriebszahnrückflanke ist grundsätzlich eine Zahnflanke eines Zahns zu verstehen, wobei diese Zahnflanke einer Abtriebszahnflanke des Zahns abgewandt ist.
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Durch die erfindungsgemäße Gerotor-Pumpenstufe wird eine einfach herstellbare Gerotor-Pumpenstufe bereitgestellt, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.
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Vorteilhafterweise durchbricht die Rotationsachse des Außenrotors den Mittelpunkt des zweiten Rastkreises. Unabhängig oder zusätzlich hierzu ist es möglich, dass die Rotationsachse des Innenrotors den Mittelpunkt des ersten Rastkreises durchbricht. Ferner ist es denkbar, dass unabhängig oder zusätzlich hierzu die Mittelpunkte der beiden Rastkreise und/oder die beiden Rotationsachsen zueinander beabstandet sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontur der Verzahnung des Außenrotors innerhalb des zweiten Rastkreises einer Hypozykloiden entspricht, die in eine Epizykloide übergeht, die außerhalb des zweiten Rastkreises die Kontur der Verzahnung des Außenrotors bildet, und/oder die Kontur der Verzahnung des Innenrotors innerhalb des ersten Rastkreises einer Hypozykloiden entspricht, die in eine Epizykloide übergeht, die außerhalb des zweiten Rastkreises die Kontur der Verzahnung des Innenrotors bildet.
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Grundsätzlich ist unter der idealen Trochoidenverzahnung eine Verzahnung zu verstehenden, die eine, insbesondere stetige, Kontur aufweist, die durch eine Hypozykloide und eine Epizykloide gebildet ist, die bevorzugterweise alternierend ineinander übergehen. Insbesondere handelt es sich bei der idealen Trochoidenverzahnung des Innenrotors und des Außenrotors um zwei verschiedene Verzahnungen.
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Grundlegend ist es bevorzugt, wenn die Verzahnung des Außenrotors als Innenverzahnung ausgebildet ist, während die Verzahnung des Außenrotors als Außenverzahnung ausgebildet ist. Der Innenrotor ist vorteilhafterweise innerhalb des Außenrotors angeordnet. Es ist besonders zweckmäßig, wenn beide Rotoren innerhalb eines gemeinsamen Pumpenstufengehäuse angeordnet sind.
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Insbesondere ist der Außenrotor sowie der Innenrotor rotatorisch gelagert, wobei die beiden Rotoren über ihre Verzahnung miteinander antriebsgekoppelt sind. Vorzugsweise ist der Innenrotor elektromotorisch antreibbar. Besonders bevorzugterweise weist der Innenrotor, insbesondere die Verzahnung des Innenrotors, einen Zahn weniger auf als der Außenrotor, insbesondere die Verzahnung des Außenrotors. Der Innenrotor ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass er den Außenrotor antreiben kann. Mit anderen Worten ist der Innenrotor als antreibender Rotor ausgebildet.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe mindestens zwei Zahnflankenpaare, vorzugsweise drei Zahnflankenpaare, jeweils umfassend eine der Antriebszahnflanken und eine der Abtriebszahnflanken, miteinander zeitgleich in Kontakt sind. Hierdurch wird ein pulsierender Betrieb der Gerotor-Pumpenstufe vermieden, was zu einem geringen Schallpegel während des Betriebs der Pumpenstufe und zu einer langen Lebensdauer beiträgt.
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Ein Zahnflankenpaar umfasst allgemein eine Antriebszahnflanke und einer Abtriebszahnflanke. Eine Antriebszahnflanke kann während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe zeitweise mit jeder Abtriebszahnflanke des Außenrotors ein Zahnflankenpaar bilden, da sich die Zähnezahl des Innenrotors und die Zähnezahl des Außenrotors voneinander unterscheiden. Über diese Zahnflankenpaare wird das Drehmoment des Innenrotors auf den Außenrotor übertragen. Dieselben Antriebszahnflanken können mit verschiedenen Abtriebszahnflanken temporäre Zahnflankenpaare bilden. Gleiches gilt für Abtriebszahnflanken, die mit verschiedenen Antriebszahnflanken temporäre Zahnflankenpaare bilden können.
Eine Antriebszahnflanke, die mit einer Abtriebszahnflanke in antriebsübertragenden Kontakt steht, bildet mit der Abtriebszahnflanke temporär ein Zahnflankenpaar.
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Grundsätzlich ist er bevorzugt, wenn mindestens 80%, alle bis auf eine oder alle Antriebszahnflanken und/oder Abtriebszahnflanken die gleiche Kontur aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es grundsätzlich bevorzugt, wenn mindestens 80%, alle bis auf eine oder alle Antriebszahnrückflanken und/oder Abtriebszahnrückflanken die gleiche Kontur aufweisen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Antriebszahnflanken umfangssymmetrisch, bezogen auf die Rotationsachse des Innenrotors, angeordnet sind. Auch ist es zu bevorzugen, wenn alternativ oder zusätzlich hierzu die alle Abtriebszahnflanken umfangssymmetrisch, bezogen auf die Rotationsachse des Außenrotors, angeordnet sind. Beides trägt jeweils für sich zu einer einfachen Herstellbarkeit bei.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebszahnflanken und die Abtriebszahnflanken derart ausgebildet sind, dass Zahnflankenpaare, die während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe miteinander in antriebsübertragenden Kontakt kommen, für mindestens 90° der Rotation des Innenrotors miteinander in Kontakt bleiben. Hierdurch wird ein pulsierender Betrieb der Gerotor-Pumpenstufe noch stärker vermieden, was zu einem geringeren Schallpegel während des Betriebs der Pumpenstufe und zu einer langen Lebensdauer beiträgt. Unter einem antriebsübertragenen Kontakt der Zahnflankenpaare ist ein mechanischer Kontakt der Zahnflankenpaare miteinander zu verstehen, der der Drehmomentübertragung vom Innenrotor auf den Außenrotor dient.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebszahnflankenkontur und/oder die Zahnkopfkontur der Innen- und Außenrotorverzahnung derart ausgebildet sind, dass ein Zahnflankenpaar, das während einer Rotation des Innenrotors miteinander in antriebsübertragenden Kontakt kommt, solange während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe miteinander in Kontakt bleibt, solange eine Normale, die sich durch den Kontakt des Zahnflankenpaars miteinander bildet, eine, insbesondere vom Betrag her gegenüber einer Richtungskomponente in Radialrichtung des Außenrotors überwiegende, Richtungskomponente in Umfangsrichtung des Außenrotors aufweist. Unter der Normalen ist ein Kraftvektor zu verstehen, mit dem das Zahnflankenpaar das Drehmoment vom Innenrotor auf den Außenrotor überträgt.
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Alternativ ist es möglich, dass die Antriebszahnflankenkontur und/oder die Zahnkopfkontur der Innen- und Außenrotorverzahnung derart ausgebildet sind, dass ein Zahnflankenpaar, das während einer Rotation des Innenrotors miteinander in antriebsübertragenden Kontakt kommt, solange während der Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe miteinander in Kontakt bleibt, solange eine Normale, die sich durch den Kontakt des Zahnflankenpaars bildet, eine Richtungskomponente in Umfangsrichtung des Außenrotors aufweist, die von ihrem Betrag her größer ist als eine Richtungskomponente in radialer Richtung des Außenrotors.
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Unter dem Betrieb der Gerotor-Pumpenstufe ist der Betrieb der Gerotor-Pumpenstufe in Förderrichtung zu verstehen, indem der Innenrotor den Au-ßenrotors antreibt. Die Richtungskomponente der Normalen ist während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe variabel, da auch der Kontaktpunkt während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe in Abhängigkeit der Rotorrotation variabel ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkopfhöhe der Innenrotorverzahnung und/oder der Außenrotorverzahnung derart gewählt ist, dass Zahnköpfe der Innen- und der Außenrotorverzahnung in den Stellungen des Innenrotors und des Außenrotors zueinander, in denen sich Zahnköpfe der Innen- und der Außenrotorverzahnung radial gegenüberstehen, eine Spielpassung zueinander aufweisen oder kontaktfrei zueinander, insbesondere kontaktfrei zueinander bestandet, sind. Durch die Spielpassung oder die Kontakfreiheit wird ein hoher Wirkungsgrad der Verzahnung und ein geringer Verschleiß sichergestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkopfhöhe der Innenrotorverzahnung durch eine Zahnkopfkürzung der Innenrotorverzahnung gegenüber einer Zahnkopfkontur der Innenrotorverzahnung, gebildet durch den Verlauf der Epizykloide, bezogen auf den ersten Rastkreis, reduziert ist und/oder dass die Zahnkopfhöhe der Außenrotorverzahnung durch eine Zahnkopfkürzung der Außenrotorverzahnung gegenüber einer Zahnkopfkontur der Außenrotorverzahnung, gebildet durch den Verlauf der Hypozykloide, bezogen auf den zweiten Rastkreis, reduziert ist. Eine derartige Kürzung der jeweiligen Zahnkopfhöhe ist beispielsweise durch einen separaten Schleifprozess vornehmbar und verhindert einen ungewollten Kontakt der gekürzten Zahnköpfe mit gegenüberliegenden Zahnköpfen während des Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe. Mit anderen Worten beziehen sich die Zahnkopfkürzungen auf eine ideale Trochoidenverzahnung.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkopfhöhe der Innenrotorverzahnung durch eine Zahnkopfkürzung der Innenrotorverzahnung gegenüber einer Zahnkopfkontur der Innenrotorverzahnung, gebildet durch den Verlauf der Epizykloiden, bezogen auf den ersten Rastkreis, derart reduziert ist, dass die Zahnköpfe der Innenrotorverzahnung den Außenrotor im Bereich der Lücken der Außenrotorverzahnung nicht berühren, und/oder dass die Zahnkopfhöhe der Außenrotorverzahnung durch eine Zahnkopfkürzung der Innenrotorverzahnung gegenüber einer Zahnkopfkontur der Außenrotorverzahnung, gebildet durch den Verlauf der Hypozykloiden, bezogen auf den zweiten Rastkreis, derart reduziert ist, dass die Zahnköpfe der Außenrotorverzahnung den Innenrotor im Bereich der Lücken der Innenrotorverzahnung nicht berühren. Darunter, dass die Zahnköpfe des einen Rotors den anderen Rotor nicht berühren, ist gemeint, dass die Zahnköpfe des einen Rotors derart vom anderen Rotor, insbesondere von dessen Zahnköpfen, beabstandet sind, dass kein mechanischer Kontakt zwischen den Zahnköpfen des einen Rotors und des anderen Rotors, insbesondere den Zahnköpfen des anderen Rotors, zustande kommt. Hierdurch wird der Verschleiß der Verzahnung reduziert und der der Wirkungsgrad erhöht. Anders gesagt, herrscht Kontaktfreiheit zwischen ihnen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen von Zahnlücken der Innenrotorverzahnung durch Ausnehmungen gegenüber einer Zahnlückenkontur der Innenrotorverzahnung, gebildet durch den Verlauf der Hypozykloiden, bezogen auf den ersten Rastkreis, eine Zahnlückenkontur derart ausgebildet ist, dass die Zahnköpfe der Außenrotorverzahnung den Innenrotor im Bereich der Zahnlücken der Innenrotorverzahnung nicht berühren und/oder dass in den Bereichen von Zahnlücken der Außenrotorverzahnung durch Ausnehmungen gegenüber einer Zahnlückenkontur der Außenrotorverzahnung, gebildet durch den Verlauf der Epizykloiden, bezogen auf den zweiten Rastkreis, eine Zahnlückenkontur derart ausgebildet ist, dass die Zahnköpfe der Innenrotorverzahnung den Außenrotor im Bereich der Zahnlücken der Außenrotorverzahnung nicht berühren. Darunter, dass die Zahnköpfe der einen Rotorverzahnung den anderen Rotor im Bereich seiner Zahnlücken nicht berühren, ist gemeint, dass die Zahnköpfe der einen Rotorverzahnung derart vom anderen Rotor, insbesondere vom Bereich seiner Zahnlücken oder dessen Zahnlücken, beabstandet sind, dass kein mechanischer Kontakt zwischen den Zahnköpfen des einen Rotors und des anderen Rotors im Bereich der Zahnlücken des anderen Rotors zustande kommt. Anders gesagt, herrscht Kontaktfreiheit zwischen ihnen.
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Im Rahmen dieser Erfindung ist unter kontaktfrei, berührungsfrei und nicht berühren dasselbe zu verstehen, und zwar, dass während eines ordnungsgemäßen Betriebs der Gerotor-Pumpenstufe ein direkter physikalischer Kontakt nicht hergestellt wird. Unter ordnungsgemäßen Betrieb der Gerotor-Pumpenstufe ist ein Betrieb gemeint, indem die Gerotor-Pumpenstufe in Förderrichtung betrieben wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Übergangskontur von einer Antriebszahnflanke eines Zahns zu einer Antriebszahnrückflanke eines benachbarten Zahns einen stetigen Verlauf aufweist und/oder dass eine (weitere) Übergangskontur einer Abtriebszahnflanke eines Zahns zu einer Abtriebszahnrückflanke eines benachbarten Zahns einen stetigen Verlauf aufweist. Grundsätzlich bilden die Übergangskonturen von den Zahnflanke eines Zahns zu der Zahnrückflanke des benachbarten Zahns die Zahnlückenkontur. Insbesondere sind diese Übergangskonturen, also Zahnlückenkonturen, konkav ausgebildet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Übergangskontur von einer Antriebszahnflanke eines Zahns zu der Antriebszahnrückflanke des Zahns einen stetigen Verlauf aufweist und/oder dass eine Übergangskontur von der Abtriebszahnflanke eines Zahns zu der Abtriebszahnrückflanke des Zahns einen stetigen Verlauf aufweist. Grundsätzlich bilden die Übergangskonturen von der Zahnflanke eines Zahns zu der Zahnrückflanke des Zahns die Zahnkopfkontur des Zahns. Insbesondere sind diese Übergangskonturen, also die Zahnkopfkonturen, konvex ausgebildet.
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Durch die Stetigkeit wird ein einfacher Fertigungsprozess ermöglicht. Ferner wird ein verschleißarmer und wirkungsgradhohes eingreifen der Verzahnung ineinander ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des auf den ersten Rastkreis bezogenen Gangkreises, der die Epizykloide, bezogen auf den ersten Rastkreis, bildet, kleiner ist, als der Durchmesser des auf den ersten Rastkreis bezogenen Gangkreises, der die Hypozykloide, bezogen auf den ersten Rastkreis, bildet oder dass der Durchmesser des auf den zweiten Rastkreis bezogenen Gangkreises, der die Epizykloide, bezogen auf den zweiten Rastkreis bildet, größer ist, als der Durchmesser des auf den ersten Rastkreis bezogenen Gangkreises, der die Hypozykloide, bezogen auf den ersten Rastkreis, bildet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Gangkreises, der die Epizykloide, bezogen auf den ersten Rastkreis bildet, dem Durchmesser des Gangkreises, der die Epizykloide, bezogen auf den zweiten Rastkreis bildet, entspricht und/oder dass der Durchmesser des Gangkreises, der die Hypozykloide, bezogen auf den ersten Rastkreis bildet, dem Durchmesser des Gangkreises, der die Hypozykloide, bezogen auf den zweiten Rastkreis bildet, entspricht.
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Die Aufgabe bezüglich der Förderpumpe wird durch eine Förderpumpe für Flüssigkeiten, die insbesondere als eine Flüssigkeitsförderpumpe für ein Fahrzeug, Nutzfahrzeug und/oder Kraftfahrzeug, eine Kraftstoffförderpumpe, eine Ölförderpumpe, Reinigungsmittelpumpe oder eine Kühlmittelpumpe ausgebildet ist, die eine erfindungsgemäße Gerotor-Pumpenstufe umfasst, gelöst. Hierdurch wird eine Pumpe mit den Vorteilen der erfindungsgemäßen Gerotor-Pumpenstufe bereitgestellt werden.
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Die Aufgabe bezüglich des Fahrzeugs wird durch ein Fahrzeug mit mindestens einer derartigen Förderpumpe gelöst. Hierdurch wird ein Fahrzeug mit mindestens einer Förderpumpe bereitgestellt, die die die Vorteile der Gerotor-Pumpenstufe aufweist, bereitgestellt.
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Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Gerotor-Pumpenstufe, einer erfindungsgemäßen Förderpumpe oder eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs gelöst. Hiermit wird ein Verfahren bereitgestellt, welches die Herstellung der erfindungsgemäßen Gerotor-Pumpenstufe, der erfindungsgemäßen Förderpumpe oder des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ermöglicht. Bevorzugterweise umfasst die Herstellung den Verfahrensschritt des Schleifens. Alternativ hierzu oder zusätzlich hierzu, insbesondere vor dem Schleifen, ist es denkbar, die Verzahnung mittels einer Matrix oder einer Matrize hergestellt wird. Alternativ zur Matrix oder Matrize ist es denkbar, dass die Verzahnung durch ein Abrollen der Zahnradrohlinge auf einem profilierten Gegenstück ausgebildet wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1a eine Konstruktion einer Epizykloiden,
- 1b eine Konstruktion einer Hypozykloiden,
- 2 eine Gerotor-Pumpenstufe mit einer idealen Trochoidenverzahnung
- 3 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug,
- 4 eine Verzahnung der erfindungsgemäßen Gerotor-Pumpenstufe, und
- 5 eine Detailansicht der Verzahnung der erfindungsgemäßen Gerotor-Pum penstufe.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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1a zeigt prinzipiell die Konstruktion einer Epizykloiden 14, indem ein Gangkreis 12 auf dem Äußeren eines Rastkreis 11 abrollt, wobei der Gangkreis 12 einen Punkt 13 an seinem Kreisumfang aufweist, der während des Abrollens die Epizykloide 14 beschreibt.
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1b zeigt prinzipiell die Konstruktion einer Hypozykloiden 15, indem ein Gangkreis 12 auf dem Inneren eines Rastkreis 11 abrollt, wobei der Gangkreis 12 einen Punkt an seinem Kreisumfang aufweist, der während des Abrollens die Hypozykloide 15 beschreibt.
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2 zeigt eine nicht unter den Schutzumfang des vorliegenden Schutzrechts fallende Gerotor-Pumpenstufe 23 mit einer idealen Trochoidenverzahnung. Die Gerotor-Pumpenstufe 23 umfasst einen Innenrotor 24 und einen Außenrotor 25. Hierbei ist erkennbar, dass sich die Zahnköpfe, wenn sich der Innenrotor 24 und der Außenrotor 25 in einer Stellung zueinander befinden, in der sich Zahnköpfe radial gegenüberstehen, an radialen Kontaktstellen 26 berühren. Ferner ist ein gewollter Kontakt zwischen den Antriebs- und Abtriebszahnflanken an Antriebskontaktstellen 29, der für den Antrieb notwendig ist, sowie ein ungewollter Kontakt zwischen den Antriebszahnrückflanken und Abtriebszahnrückflanken an Umfangskontaktstellen 27 erkennbar. Auch greift einer der Zähne des Innenrotors 24 derart in eine Zahnlücke des Außenrotors ein, dass ein ungewollter Kontakt an einer Zahnlückenkontaktstelle 28 zustande kommt. Diese ungewollten Kontakte erhöhen den Verschleiß im Betrieb und senken den Wirkungsgrad des Gerotor-Pumpenstufe 23.
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Die 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 31 mit mindesten einer erfindungsgemäßen Förderpumpe 32 für Flüssigkeiten, die eine erfindungsgemäße Gerotor-Pumpenstufe 33 aufweist. Die Gerotor-Pumpenstufe 33 umfasst einen Innenrotor 34 und einen Außenrotor 35, wobei der Innenrotor 34 einen Zahn weniger aufweist als der Außenrotor 35. Der Innenrotor 34 treibt den Außenrotor 35 an, wobei beide Rotoren 34, 35 rotatorisch gelagert sind. Bevorzugterweise wird der Innenrotor 34 durch eine permanenterregte Synchronmaschine angetrieben, mit der der Innenrotor 34 antriebsübertragend gekoppelt ist. Bei der Förderpumpe 32 für Flüssigkeiten handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeitsförderpumpe für ein Fahrzeug, Nutzfahrzeug und/oder Kraftfahrzeug, eine Kraftstoffförderpumpe, eine Ölförderpumpe oder eine Kühlmittelpumpe.
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4 zeigt die erfindungsgemäße Gerotor-Pumpenstufe 43 aus 3. die erfindungsgemäße Gerotor-Pumpenstufe 43 umfasst einen Innenrotor 44 und einen Außenrotor 45. Zu erkennen ist, dass alle Antriebszahnrückflanken des Innenrotors 44 gegenüber einer idealen Trochoidenverzahnung um den Winkel alpha 491 verschoben angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Antriebszahnrückflanken gegenüber einer idealen Trochoidenverzahnung in Umfangsrichtung des Innenrotors 44 verschoben angeordnet. Das hat zur Folge, dass es zu keinem Kontakt im Bereich der Umfangskontaktstellenbereiche 47 kommt. Ferner weist die Verzahnung des Innenrotors 44 eine Zahnkopfkürzung auf, weshalb es auch an im Radialkontaktstellenbereich 46 zu keinem Kontakt zwischen den Zahnköpfen des Innenrotors und Außenrotors. Aufgrund dieser Zahnkopfkürzung kommt es auch nicht zu einer Berührung des Innenrotorzahnkopfs mit dem Außenrotor im Zahnlückenkontaktstellenbereich 48. Ein gewollter Kontakt kommt an den Antriebskontakstellen 49 zustande, damit der Innenrotor 44 den Außenrotor 45 antreibt. Die Antriebsrotationsrichtung 601 ist dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt.
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5 zeigt eine exemplarische Detailansicht der Verzahnung der erfindungsgemäßen Gerotor-Pumpenstufe aus 4. Dargestellt ist ein Innenrotorzahn 541 mit einer Antriebszahnrückflanke 542, einem Innenrotorzahnkopf 543, einer Innenrotorzahnlücke 545 und einer Antriebszahnflanke 544, sowie ein Außenrotorzahn 551 mit einer Abtriebszahnrückflanke 552, einem Außenrotorzahnkopf 553, einer Au-ßenrotorzahnlücke 555 und einer Abtriebszahnflanke 554. Die Antriebszahnflanke 544 ist mit der Abtriebszahnflanke 554 in antriebsübertragendem Kontakt, während die Antriebszahnrückflanke 542 und eine gegenüberliegende Abtriebszahnrückflanke 552 kontaktfrei zueinander beabstandet sind. Ferner ist zu erkennen, dass der Innenrotorzahnkopf 543 kontaktfrei zur Außenrotorzahnlücke 555 und der Au-ßenrotorzahnkopf 553 kontaktfrei zur Innenrotorzahnlücke 545 angeordnet sind. Die Antriebsrotationsrichtung 601 ist dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt. Ferner ist die Ursprungszahnkontur 560 dargestellt, wie sie bei einer idealen Trochoidenverzahnung, also ohne Zahnkopfkürzung und ohne Verschiebung der Antriebsrückflanke 542 in Antriebsrotationsrichtung 601 ausgebildet wäre. Zu erkennen ist, dass die Antriebszahnflanke 544 in ihrer Kontur und Position der idealen Trochoidenverzahnung entspricht. Der Unterschied zwischen der Antriebszahnrückflanke 542 und der Ursprungskontur 560 entspricht der Verschiebung um den Winkel alpha aus 4.
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Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden.
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Die Ausführungsbeispiele der 3 bis 5 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Rastkreis
- 12
- Gangkreis
- 13
- Punkt
- 14
- Epizykloide
- 15
- Hypozykloide
- 23
- Gerotor-Pumpenstufe
- 24
- Innenrotor
- 25
- Außenrotor
- 26
- Radialkontaktstellen
- 27
- Umfangskontaktstellen
- 28
- Zahnlückenkontaktstelle
- 29
- Antriebskontaktstellen
- 31
- Fahrzeug
- 32
- Förderpumpe
- 33
- Gerotor-Pumpenstufe
- 34
- Innenrotor
- 35
- Außenrotor
- 43
- Gerotor-Pumpenstufe
- 44
- Innenrotor
- 45
- Außenrotor
- 46
- Radialkontaktstellenbereich
- 47
- Rückflankenkontaktstellenbereich
- 48
- Zahnlückenkontaktstellenbereich
- 49
- Antriebskontaktstellen
- 491
- Winkel alpha
- 541
- Innenrotorzahn
- 542
- Antriebszahnrückflanke
- 543
- Innenrotorzahnkopf
- 544
- Antriebszahnflanke
- 545
- Innenrotorzahnlücke
- 551
- Außenrotorzahn
- 552
- Abtriebszahnrückflanke
- 553
- Außenrotorzahnkopf
- 554
- Abtriebszahnflanke
- 555
- Außenrotorzahnlücke
- 560
- Ursprungszahnkontur
- 601
- Antriebsrotationsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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