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Die
Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe. Eine bevorzugte Verwendung
der Pumpe ist die einer Schmierölpumpe
für einen
Antriebsmotor eines Fahrzeugs.
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Zahnradpumpen
weisen ein konstantes spezifisches Fördervolumen auf. Als spezifisches
Fördervolumen
wird das auf eine Drehzahl von einem der Zahnräder bezogene Fördervolumen
der Pumpe [Fördervolumen/Drehzahl]
verstanden. Auf Grund der Konstanz des spezifischen Fördervolumens
ist das Fördervolumen
der Pumpe proportional der Drehzahl der Zahnräder, solange der Füllgrad der von
den Zahnrädern
gebildeten Förderzellen
100% ist. Fluidströme über die
Abdichtung zwischen Hoch- und Niederdruck seien in dieser Betrachtung
vernachlässigt.
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In
vielen Anwendungsfällen
ist diese Proportionalität
störend,
beispielsweise falls der Bedarf eines zu versorgenden Aggregats,
für das
die Pumpe das Fluid fördert,
einen nur unterproportional mit der Drehzahl der Förderräder steigenden
Fluidbedarf hat, so dass die Pumpe insbesondere bei höheren Drehzahlen
ihrer Zahnräder
einen Fluidstromüberschuss
fördert,
der mit einem Energieverlust behaftet in ein Fluidreservoir zurückgeführt wird.
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Störend ist
ein Fluidstromüberschuss
beispielsweise bei Motorschmierölpumpen
und Ölversorgungspumpen
von automatischen Getrieben von Kraftfahrzeugen, also Anwendungen,
in denen Motorschmieröl
oder die Hydraulikflüssigkeit
eines automatischen Getriebes oder anderer Servoantriebe das Fluid
bilden. In solchen Verwendungen wird die Pumpe üblicherweise vom Motor des
Fahrzeugs angetrieben. Diese Aggregate benötigen zwar bei niedriger Motordrehzahl
und damit einhergehend niedriger Pumpendrehzahl, insbesondere im
Leerlauf des Motors, ein Mindestfördervolumen und bei hoher Drehzahl
einen Mindestöldruck,
der Fluidbedarf bei höheren
Drehzahlen liegt aber weit unterhalb der Proportionalitätslinie.
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Bei
einer hydraulischen Presse beispielsweise ist für den Eilgang eine hohe Liefermenge
an Drucköl
notwendig, in der Endphase des Arbeitshubs der Presse wird jedoch
nur noch hoher Druck gefordert, während der Bedarf an Ölfördervolumen
auf Null zurückgeht.
Da die Antriebsdrehzahl der Pumpe in der Regel konstant bleibt,
entsteht ein unter hohem Druck stehender Ölstromüberschuss, der verlustbehaftet
in einen Öltank
zurückgeführt werden
muss.
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Das
Fördervolumen
von Pumpen sollte an den Bedarf des versorgten Aggregats, beispielsweise
ein Verbrennungsmotor, ein Automatikgetriebe oder eine Presse, angepasst
sein, beispielsweise durch eine geeignete Verstellung des Fördervolumens.
Die Verstellung des Fördervolumens
erfolgt bei bekannten Zahnradpumpen durch eine Verstellung des Zahneingriffs
der Zahnräder.
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Die
Verstellung des Fördervolumens
durch Verstellung der Zahnräder
ist zwar durchaus bewährt,
hat jedoch inhärent
den Nachteil, dass zum Zwecke der Verstellung die Zahnräder verstellt
werden müssen.
Der konstruktive Aufwand hierfür
ist beträchtlich.
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Die
DE 100 25 723 A1 offenbart
eine Innenzahnradpumpe mit einer kontrolliert veränderbaren Abdichtung
im Bereich geringsten Zahneingriffs. Den Dichtsteg bildet ein in
Umlaufrichtung der Zahnräder hin
und her verschiebbarer Kulissenstein, so dass eine variable Abdichtung
im Bereich dieses Dichtstegs erhalten wird.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Innenzahnradpumpe zu schaffen,
deren Fördervolumen
auf einfache Weise verstellt werden kann.
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Die
Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe, die ein Gehäuse, wenigstens
eine in dem Gehäuse
gebildete Zahnradkammer und wenigstens zwei in der Zahnradkammer
aufgenommene, in Zahneingriff befindliche Zahnräder aufweist. Das eine der
Zahnräder
ist ein außenverzahntes,
inneres Zahnrad. Das andere ist ein innenverzahntes, äußeres Zahnrad.
Die Zahnräder
sind um zueinander versetzte Drehachsen drehbar. In die Zahnradkammer münden an
einer Niederdruckseite, die auch als Saugseite bezeichnet wird,
wenigstens eine Einlassöffnung
und an einer Hochdruckseite wenigstens eine Auslassöffnung für ein von
der Pumpe zu förderndes
Fluid, das vorzugsweise eine hydraulische Flüssigkeit ist.
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Die
Innenverzahnung des äußeren Zahnrads weist
wenigstens einen Zahn mehr auf als die Außenverzahnung des inneren Zahnrads,
vorzugsweise weist sie genau einen Zahn mehr auf. Die Verzahnungen
bilden Förderzellen,
die in Drehrichtung der Zahnräder
von einem Bereich tiefsten Zahneingriffs bis zu einem Bereich geringsten
Zahneingriffs auf der Niederdruckseite der Zahnradkammer expandieren, d.h.
sich vergrößern, und
sich anschließend
von dem Bereich geringsten Zahneingriffs bis zu dem Bereich tiefsten
Zahneingriffs auf der Hochdruckseite der Zahnradkammer wieder verkleinern,
d.h. sie bilden auf der Hochdruckseite komprimierende Förderzellen.
Bei einem Drehantrieb der Zahnräder
wird auf der Niederdruckseite der Zahnradkammer von den dort expandierenden
Förderzellen
Fluid angesaugt, über
den Bereich geringsten Zahneingriffs gefördert und von den komprimierenden
Förderzellen
auf der Hochdruckseite durch die wenigstens eine Auslassöffnung verdrängt. Die
Einlassöffnung
ist über
einen Niederdruckkanal, der von einem einzigen Kanal oder auch von
einem Kanalsystem in dem Gehäuse gebildet
werden kann, mit einem Gehäuseeinlass und
die Auslassöffnung
ist über
einen Hochdruckkanal, der ebenfalls als ein einziger Kanal oder
ein Kanalsystem in dem Gehäuse
gebildet sein kann, mit einem Gehäuseauslass verbunden. Obgleich
auf der Niederdruckseite nur eine einzige Einlassöffnung in die
Förderkammer
und auch nur eine einzige Auslassöffnung auf der Hochdruckseite
in die Förderkammer
münden
können,
soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass auf der Niederdruckseite
mehrere Einlassöffnungen
und/oder auf der Hochdruckseite mehrere Auslassöffnungen münden. Im Falle mehrerer, separater Öffnungen
wird im Folgenden bei der Verwendung des Begriffs Einlassungsöffnung stets
die in Drehrichtung der Zahnräder
letzte Einlassöffnung und
bei Verwendung des Begriffs Auslassöffnung die in Drehrichtung
nächstbenachbarte,
erste Auslassöffnung
verstanden.
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Zwischen
der Einlassöffnung
und der Auslassöffnung
bildet die Zahnradkammer in dem Bereich geringsten Zahneingriffs
eine Dichtfläche,
die die Förderzelle
oder die mehreren Förderzellen
zwischen der Einlassöffnung
und der Auslassöffnung
zu einer Axialseite hin abdichtet. Die Dichtfläche ist die einer Stirnseite
der Zahnräder
zugewandte Oberfläche
einer Wandung der Zahnradkammer, die im Folgenden als Dichtsteg
bezeichnet wird. Dieser Dichtsteg erstreckt sich somit in Drehrichtung
der Zahnräder
von der Einlassöffnung
zu der Auslassöffnung über den
Bereich geringsten Zahneingriffs hinweg. Im Bereich des Dichtstegs
findet somit der Wechsel von Förderzellenvergrößerung und
Ansaugen des Fluids auf Förderzellenverkleinerung
und Kompression des Fluids und infolgedessen auch die Druckerhöhung statt.
Der Dichtsteg und zu der anderen Stirnseite der Zahnräder ein
gegenüberliegender
Dichtsteg bilden die axiale Abdichtung der Förderzelle oder Förderzellen
in dem Bereich geringsten Zahneingriffs.
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Die
von dem Dichtsteg geschaffene Abdichtung ist variabel, nämlich kontrolliert
veränderbar.
Die kontrollierte Veränderung
wird durch eine Variation der von dem Dichtsteg gebildeten Dichtfläche bewirkt,
indem die Dicke eines zwischen den Zahnrädern und dem Dichtsteg gebildeten
Dichtspalts im Ganzen oder nur in einem Teilbereich verstellt und dadurch
die Dichtwirkung des Dichtstegs verändert wird. Es wird ein über den
Dichtsteg erfolgender Rückstrom
von Fluid, der sich auf Grund des Druckgefälles ergibt, in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand der Pumpe verändert, indem die Rückströmung zur
Niederdruckseite erleichtert und daher vergrößert wird. In einem ersten
Zustand bildet der Dichtsteg somit eine maximale Abdichtung und schärfste Trennung
der Hochdruckseite der Zahnradkammer von der Niederdruckseite der
Pumpe, und in einem zweiten Zustand des Dichtstegs ist die Abdichtung
eine minimale Abdichtung und dementsprechend unschärfste Trennung.
Auch in dem zweiten Zustand ist die Abdichtung und Trennung der
Hochdruckseite von der Niederdruckseite noch ausreichend, um den
Bedarf des mit dem Fluid zu versorgenden Aggregats zu gewährleisten,
d.h. die Abdichtung ist auch in dem zweiten Zustand bedarfsgerecht. Der Übergang
zwischen diesen beiden Extremzuständen kann kontinuierlich oder
in Stufen, beispielsweise nur in einer einzigen Stufe, gestaltet
sein.
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Die
Erfindung ermöglicht
die Anpassung des Fördervolumens
der Pumpe und damit einhergehend auch die Anpassung des Fluiddrucks
auf der Hochdruckseite der Pumpe an den Bedarf des zu versorgenden
Aggregats, ohne mechanisch auf die drehenden Zahnräder wirken
zu müssen.
Andererseits kann die Erfindung grundsätzlich jedoch auch in Kombination
mit einer Verstellung der Zahnräder
oder einem der Zahnräder
für eine
Fördervolumenverstellung eingesetzt
werden, um beispielsweise die Verstellbewegung der Zahnräder oder
die Anforderungen an die Präzision
solch einer Verstellung verringern zu können. Bevorzugt wird es allerdings,
dass die Zahnräder
nicht verstellbar angeordnet sind.
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Die
von dem Dichtsteg geschaffene Abdichtung wird vorzugsweise in Abhängigkeit
von einem Fluiddruck der Hochdruckseite der Pumpe verändert, besonders
bevorzugt so, dass auf Grund einer Zunahme des Fluiddrucks eine
Rückströmung von
Fluid von der Hochdruckseite der Zahnradkammer zu der Niederdruckseite
der Pumpe erleichtert wird. Dieser Fluidsteuerdruck oder -regeldruck
kann von innerhalb des Gehäuses,
beispielsweise unmittelbar stromabwärts von der Auslassöffnung,
oder stromabwärts
von der Pumpe abgenommen werden, insbesondere in der Nähe eines
zu versorgenden Aggregats, beispielsweise von der Hauptgalerie eines
Verbrennungskolbenmotors. Der Begriff Hochdruckseite kann somit
zum einen die Hochdruckseite der Zahnradkammer bezeichnen, die in
der Zahnradkammer bis zu der Auslassöffnung oder den mehreren Auslassöffnungen
reicht, oder die Hochdruckseite der Pumpe, falls keine Unterscheidung
getroffen wird. Unter der Hochdruckseite der Pumpe wird im Sinne der
Erfindung der Teil des Fluidsystems verstanden, der sich von der
Hochdruckseite der Zahnradkammer einschließlich bis wenigstens zu dem
zu versorgenden Aggregat oder dem letzten von mehreren zu versorgenden
Aggregaten einschließlich
dieses Aggregats erstreckt. Entsprechend wird unter der Niederdruckseite
der Pumpe im Sinne der Erfindung der Teil des Fluidsystems verstanden,
der sich von der Niederdruckseite der Zahnradkammer einschließlich bis zu
einem Fluidreservoir erstreckt, aus dem die Pumpe das Fluid fördert.
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Anstatt
des Fluiddrucks kann als Regelgröße oder
Steuergröße für die kontrollierte
Veränderung der
Abdichtung auch eine andere maßgebliche
Größe verwendet
werden, beispielsweise eine Temperatur des Fluids oder des zu versorgenden
Aggregats, eine Viskosität
oder ein Volumenstrom des Fluids, die oder der an einer geeigneten
Stelle auf der Hochdruckseite des Fluidsystems gemessen und einer Steuerung
oder einer Regelung als Steuer- oder Regelgröße für ein die Veränderung
der Abdichtung bewirkendes Stellglied aufgegeben wird. Grundsätzlich kann
auch die Drehzahl eines der Zahnräder oder eines zu versorgenden
Motors oder sonstigen drehenden Aggregats als die Regel- oder Steuergröße aufgegeben
werden.
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Eine
in Drehrichtung der Zahnräder
gemessen Länge
des Dichtstegs ist auf der Niederdruckseite der Zahnradkammer veränderbar
gestaltet. In dem Dichtsteg kann insbesondere eine freilegbare,
taschenförmige
Ausnehmung gebildet sein. Die Ausnehmung sollte in Drehrichtung
der Zahnräder
bis in einen von den Verzahnungen gebildeten Dichtspalt reichen,
der eine Förderzelle
begrenzt, in die oder bis zu der sich auch die Auslassöffnung der
Zahnradkammer erstreckt. In extremen Fällen kann es sogar vorteilhaft
sein, wenn die Auslassöffnung
und die Dichtstegausnehmung je von ihrer Seite her in die gleiche
Förderzelle
münden,
um Quetschdrücke
in der Abdichtung besonders sicher reduzieren zu können.
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Die
von dem Dichtsteg geschaffene Abdichtung wird durch eine Veränderung
der Gestalt des Dichtstegs an dessen Dichtfläche bewirkt. Die Einlassöffnung wird
durch eine Kürzung
des Dichtstegs in Drehrichtung der Zahnräder verlängert. Eine Längenänderung
des Dichtstegs erfolgt nur auf der Niederdruckseite. Vorteilhaft
ist eine Längenänderung
des Dichtstegs maximal bis zu einer Trennstelle zwischen Zellenvergrößerung und
Zellenverkleinerung. Eine Verlängerung über solch
eine Trennstelle hinaus bis in den Bereich einer hinter der Trennstelle
ersten bereits verkleinerten Förderzelle
kann jedoch ebenfalls vorteilhaft sein. Durch eine Verlängerung
der Einlassöffnung
in Richtung Hochdruckseite wird vorteilhafterweise der Kavitationsbeginn
zu höheren
Drehzahlen verschoben und die Kavitation in den Förderzellen
verringert. Begründet
ist dieser positive Effekt durch die mit der Verlängerung
der Einlassöffnung einhergehende
längere
Füllzeit
der Förderzellen
auf der Niederdruckseite und ein kleineres effektives Fördervolumen.
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Besonders
bevorzugt bildet das Dichtstück einen
Teilbereich der Dichtfläche
des Dichtstegs, wobei dieser Teilbereich sich wie bereits erwähnt, über die
gesamte, in Drehrichtung der Zahnräder auf der Niederdruckseite
gemessene Länge
des Dichtstegs erstrecken kann. Im Falle der Schaffung einer Fluidverbindung über die
Trennstelle von Zellenvergrößerung und
Zellenverkleinerung hinweg, kann sich das Dichtstück im Extremfall über die
gesamte in Drehrichtung der Zahnräder gemessene Länge des
Dichtstegs erstrecken und durch seine Bewegung einen zu den Verzahnungen
offenen Verbindungskanal schaffen.
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Die
Dichtsteglänge
ist im Zustand der maximalen Abdichtung mindestens so groß wie die
Teilung von einer der Verzahnungen, die üblicherweise je die gleiche
Teilung haben, und kann je nach Pumpenausführung bis zu dem Zweifachen
der Zahnteilung betragen. Die Dichtsteglänge, im abgeregelten Zustand,
ist vorzugsweise kleiner als die Teilung. Der Dichtsteg kann so
ausgeführt
sein, dass die Dichtsteglänge
auf der Niederdruckseite bis auf den Wert "Null" verkürzbar ist
und auch bis auf "Null" verkürzt wird,
falls der Abregelbedarf dies erfordert. In solch einer Ausführung reicht
die Einlassöffnung
im Zustand der minimalen Abdichtung, das heißt im Zustand maximaler Abregelung,
bis zu der Trennstelle von Hoch- und Niederdruck. Allerdings kann
die Einlassöffnung
in besonderen Ausführungen
auch über die
Trennstelle, von der ab die Zellen sich verkleinern, hinausreichen.
Es kann auch eine Verlängerung
in Stufen vorgesehen sein.
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Die
Veränderung
der Abdichtung kann durch ein Dichtstück bewirkt werden, das in dem
Dichtsteg relativ zu dem Gehäuse
bewegbar angeordnet ist. Das Dichtstück kann insbesondere so geformt
und angeordnet sein, dass es die Einlassöffnung in Drehrichtung der
Zahnräder
in dem Zustand maximaler Abdichtung begrenzt und zur Verringerung
der Abdichtung gänzlich
oder zu einem Teil aus der Verlängerung
bewegt wird. In Drehrichtung können
auch mehrere bewegbare Dichtstücke
nebeneinander angeordnet sein, um eine Verlängerung in entsprechend mehreren
Stufen zu erhalten, wenn der Fluiddruck zunimmt.
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Das
Dichtstück
ist das Absperrorgan eines Steuer- oder Regelorgans, beispielsweise
eines Schiebers oder Ventils. Das Dichtstück bildet vorzugsweise einen
Kolben oder ist mit einem Kolben verschiebegesichert verbunden,
der mit dem Fluiddruck der Hochdruckseite der Pumpe so beaufschlagbar
ist, dass durch die Druckbeaufschlagung des Kolbens die Bewegung
des Dichtstücks
bewirkt wird.
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Weitere,
besonders bevorzugte Merkmale werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutert.
An dem Ausführungsbeispiel
offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination
die Gegenstände
der Ansprüche
weiter. Es zeigen:
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1 eine
Innenzahnradpumpe mit einer variablen Abdichtung und
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2 den
Bereich geringsten Zahneingriffs der Innenzahnradpumpe der 1;
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1 zeigt
eine Innenzahnradpumpe mit einem Gehäuseteil 3 eines Gehäuses, dessen
Deckel abgenommen ist, um den Blick in eine Zahnradkammer 4 freizugeben.
Die Zahnradkammer 4 ist im Wesentlichen eine kreiszylindrische
Kammer, deren Wandungen von dem Gehäuseteil 3 und dem
abgenommenen Gehäusedeckel
gebildet werden. Die Wandungen bilden eine kreiszylindrische Innenmantelfläche und
zwei Stirnflächen,
die sich axial zugewandt gegenüber
liegen. Der Blick ist in 1 gegen die rückwärtige dieser
beiden Stirnflächen
gerichtet. Diese rückwärtige Stirnfläche und
die kreiszylindrische Innenmantelfläche werden von dem Gehäuseteil 3 und
die andere der Stirnwandungen wird von dem abgenommenen Gehäusedeckel
gebildet. Das Gehäuseteil 3 und
der Gehäusedeckel
werden im Folgenden gemeinsam als Gehäuse 3 bezeichnet, soweit
zwischen beiden nicht unterschieden werden soll.
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Die
Zahnradkammer 4 nimmt einen Zahnradlaufsatz aus zwei Stirnzahnrädern auf,
nämlich ein
inneres Zahnrad 1 und ein äußeres Zahnrad 2. Das
innere Zahnrad 1 sitzt verdrehgesichert auf einer Antriebswelle
und ist zusammen mit der Antriebswelle um deren Drehachse D1 drehbar. Das äußere Zahnrad 2 ist
an der kreiszylindrischen Innenmantelfläche der Zahnradkammer 4 um
eine Drehachse D2 drehgelagert im Wege einer
Gleitlagerung. Die beiden Drehachsen D1 und
D2 verlaufen zueinander exzentrisch mit
der Exzentrizität "e".
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Das
innere Zahnrad 1 ist mit einer Außenverzahnung 1a und
das äußere Zahnrad 2 ist
mit einer Innenverzahnung 2i versehen. Die beiden Verzahnungen 1a und 2i stehen
in einem kämmenden
Zahneingriff. Die Außenverzahnung 1a hat
einen Zahn weniger als die Innenverzahnung 2i. Die beiden
Verzahnungen 1a und 2i bilden in dem Zahneingriff
zwischen sich Förderzellen 7,
die in der Zahnradkammer 4 ein von der Pumpe zu förderndes
Fluid führen.
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In
die Zahnradkammer 4 münden
an deren hinteren Stirnfläche
eine Einlassöffnung 5 und
eine Auslassöffnung 6 für das Fluid.
Die Einlassöffnung 5 ist über einen
in dem Gehäuse 3 gebildeten
Niederdruckkanal mit einem Fluideinlass und die Auslassöffnung 6 ist über einen
Hochdruckkanal mit einem Fluidauslass des Gehäuses 3 verbunden.
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Für eine Fluidförderung
wird das innere Zahnrad 1 von der Antriebswelle her drehangetrieben,
beispielsweise in die eingezeichnete Drehrichtung D, und nimmt auf
Grund des kämmenden
Zahneingriffs das äußere Zahnrad 2 in
die gleiche Drehrichtung D mit. Bei der Drehbewegung vergrößern sich
die Förderzellen 7 von
einem Bereich tiefsten Zahneingriffs ausgehend in Drehrichtung D
bis zu einem Bereich geringsten Zahneingriffs und verkleinern sich
wieder von dem Bereich geringsten Zahneingriffs bis zu dem Bereich
tiefsten Zahneingriffs. In der in 1 gezeigten
Drehwinkelposition sind die Hochdruckseite und die Niederdruckseite
in dem Bereich geringsten Zahneingriffs durch einen einzigen radial
schmalen Spalt zwischen zwei Zahnköpfen voneinander getrennt.
Eine gerade Trennline T verbindet die engste Stelle dieses Trennspalts
mit den beiden Drehachsen D1 und D2. Die Linie T unterteilt die Zahnradkammer 4 und
im übrigen
die gesamte Pumpe in der gezeigten Drehwinkelposition der Zahnräder 1 und 2 in
die Niederdruckseite mit der Einlassöffnung 5 und die Hochdruckseite
mit der Auslassöffnung 6.
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Werden
nun die beiden Zahnräder 1 und 2 drehangetrieben,
so wird auf der Niederdruckseite auf Grund der dort expandierenden
Förderzellen 7 Fluid über die
Einlassöffnung 5 angesaugt
und in den Förderzellen 7 über den
Bereich geringsten Zahneingriffs auf die Hochdruckseite transportiert.
Auf der Hochdruckseite verkleinern sich die Förderzellen 7, so dass
das Fluid unter Druckerhöhung
durch die Auslassöffnung 6 verdrängt wird
und durch den sich an die Auslassöffnung 6 anschließenden Hochdruckkanal
zu dem Gehäuseauslass
und letztendlich zu einem mit dem Fluid zu versorgenden Aggregat
strömt.
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Die
Einlassöffnung 5 und
die Auslassöffnung 6 sind
in der hinteren Kammerstirnwandung als nierenförmige Öffnungen ausgenommen. Sie erstrecken
sich je über
mehrere Förderzellen 7,
wobei sie die betreffenden Förderzellen 7 in
der axialen Verlängerung
gerade überdecken.
Jede der Förderzellen 7 ist
gegen ihre beiden in und gegen die Drehrichtung D benachbarten Förderzellen 7 zumindest
im Wesentlichen druckdicht abgeschlossen. Für einen guten Pumpenwirkungsgrad
ist insbesondere eine Trennung, d.h. Abdichtung, der Hochdruckseite
von der Niederdruckseite der Zahnradkammer 4 wesentlich.
In radialer Richtung erfolgt die Abdichtung in dem Bereich tiefsten
Zahneingriffs durch die gegeneinander gedrückten Zahnflanken und in dem
Bereich geringsten Zahneingriffs durch die einander gegenüber liegenden
Zahnköpfe
der Verzahnungen 1a und 2i. In axialer Richtung
bilden die Zahnräder 1 und 2 an
ihren Stirnseiten jeweils Dichtspalte mit den axial zugewandt gegenüber liegenden
Kammerstirnwandungen der Zahnradkammer 4. In dem Bereich tiefsten
Zahneingriffs und dem Bereich geringsten Zahneingriffs bildet die
hintere Kammerstirnwandung, in der die Öffnungen 5 und 6 ausgenommen sind,
jeweils einen Dichtsteg. Der jeweilige Dichtsteg erstreckt sich
in Drehrichtung D sowohl in dem Bereich tiefsten Zahneingriffs als
auch in dem Bereich geringsten Zahneingriffs zwischen den dort einander zugewandten
Enden der Öffnungen 5 und 6 und trennt
auf Grund seiner Dichtwirkung die Öffnung 5 und von der Öffnung 6 und
letztlich die Niederdruckseite von der Hochdruckseite. Der Dichtsteg
in dem Bereich tiefsten Zahneingriffs kann in bekannter Weise ausgebildet
sein mit einer planen, glatten und einheitlichen Dichtfläche.
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In
dem Bereich geringsten Zahneingriffs wird durch den dortigen Dichtsteg 10 jedoch
eine variable Abdichtung zu der hinteren, nicht sichtbaren Stirnseite
des Zahnradlaufsatzes 1/2 geschaffen. Die von dem
Dichtsteg 10 gebildete Dichtfläche ist veränderbar. Die Veränderbarkeit
der Abdichtung wird mit Hilfe eines Dichtstücks 11 erhalten, das
einen Teilbereich der Dichtfläche
des Dichtstegs 10 bildet. Die Veränderbarkeit ist auf die Niederdruckseite
beschränkt.
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In
Bezug auf den Dichtsteg 10 und das Dichtstück 11 wird
insbesondere auch auf 2 hingewiesen.
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Das
Dichtstück 11 verlängert die
Einlassöffnung 5 in
Drehrichtung D bis unmittelbar zu der Trennlinie T. In dem Dichtsteg 10 ist
an der Dichtfläche
eine Tasche 12 ausgenommen, die das Dichtstück 11 aufnimmt.
Die Tasche 12 erstreckt sich auf der Niederdruckseite entlang
der Trennlinie T nach radial auswärts über das Dichtstück 11 hinaus.
Das Dichtstück 11 ist
in der Tasche 12 entlang der Trennlinie T zwischen einer
ersten Endposition, die es in den 1 und 2 einnimmt,
und einer zweiten Endposition hin und her geradverschiebbar geführt. Das
Dichtstück 11 ist
so geformt, dass seine äußere Oberfläche in der
Ausgangsposition die Dichtfläche des
Stegs 10 schließt,
d.h. es schließt
sich so gut als möglich
nahtlos an die restliche Dichtfläche
des Dichtstegs 10 an, so dass zwischen dieser Restdichtfläche und
der Oberfläche
des Dichtstücks 11 keine Unstetigkeiten
entstehen, zumindest keine praktisch relevanten Unstetigkeiten.
In der ersten Endposition des Dichtstücks 11 kann die Dichtfläche des
Dichtstegs 10 daher einschließlich der Oberfläche des Dichtstücks 11 als
eine glatte, einheitliche, vorzugsweise plane Fläche angesehen werden, die wie
bei den bekannten Innenzahnradpumpen auch zu der zugewandten Stirnseite
der Zahnräder 1 und 2 hin bestmöglich und
in diesem Sinne maximal abdichtet.
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Entgegen
der Drehrichtung D erstreckt sich das Dichtstück 11 bis zu dem zugewandten
hinteren Ende der Einlassöffnung 5,
das heißt
es begrenzt die Einlassöffnung 5 in
Drehrichtung D. Zu seiner Form und der entsprechend eng angepassten
Form der Tasche 12 ist ferner zu sagen, dass es auch die
bogenförmigen
Ränder
der Einlassöffnung 5 in
Drehrichtung D bis hin zu der Trennlinie 5 verlängert. Genauer gesagt
verlängert
je nach der Position des Dichtstücks 11 derjenige
Bereich der Tasche 12 die Einlassöffnung 5, der von
dem Dichtstück 11 frei
ist. Bei voller Auslenkung, in der zweiten Endposition, die in 2 in
gestrichelter Linie angedeutet und in der das Dichtstück mit 11' bezeichnet
ist, ist das Dichtstück 11 gerade
aus der axialen Überdeckung
zu der letzten Förderzelle 7 der
Niederdruckseite bewegt worden. Die Einlassöffnung 5 ist in der
zweiten Endposition des Dichtstücks 11 daher
in Drehrichtung D bis hin zu der Trennlinie T verlängert. Vorteilhaft
ist es ferner, wenn das Dichtstück 11 in
radialer Richtung soweit aus der Verlängerung der Einlassöffnung 5 bewegt
werden kann, dass die erhaltene Verlängerung der Einlassöffnung 5 in
axialer Richtung gesehen die Förderzelle 7 in
der zweiten Endposition überdeckt.
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In 1 sind
zum Vergleich die im Bogenmaß gemessene
Länge des
Dichtstegs 10 in der ersten und der zweiten Endposition
des Dichtstücks 11 eingetragen.
Die maximale Länge
des Dichtstegs 10 ist mit L1 und
die gekürzte
minimale Dichtsteglänge ist
mit L2 bezeichnet.
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Die
Bewegung bzw. Verstellung des Dichtstücks 11 wird unmittelbar
durch einen Fluidsteuerdruck PS bewirkt,
der das Dichtstück 11 in
Richtung auf die zweite Endposition zu beaufschlagt. Innerhalb des
Dichtstegs 10 ist unter seiner Dichtfläche eine Kolbenkammer gebildet,
die mit der Hochdruckseite verbunden ist. Dem Fluidsteuerdruck PS wirkt ein Rückstellelement 13 mit
seiner Elastizitätskraft
entgegen. Das Rückstellelement 13 ist
im Ausführungsbeispiel
als mechanische Druckfeder ausgebildet. Der Fluidsteuerdruck PS wirkt unmittelbar auf einen nicht dargestellten,
verlängerten
Abschnitt des Dichtstücks 11,
das somit einen Kolben bildet. Die gesamte Anordnung aus Tasche 12 und
Dichtstück 11 ist derart,
dass an der Dichtfläche
des Dichtstegs 10 hierdurch ein von dem Fluidsteuerdruck
PS gesteuerter Schieber erhalten wird. Das
Dichtstück 11 bildet das
Absperrorgan dieses Schiebers. Der Fluidsteuerdruck PS wird
im Ausführungsbeispiel
unmittelbar von der Hochdruckseite der Zahnradkammer 4 abgenommen,
kann grundsätzlich
jedoch auch von einer geeigneten Stelle hinter der Zahnradkammer 4 und
insbesondere an einer Stelle bei einem zu versorgenden Aggregat
abgenommen werden.
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Das
Rückstellelement 13 ist
auf den Fluidsteuerdruck PS so abgestimmt,
dass es bis zum Erreichen eines bestimmten Grenzdruckniveaus das Dichtstück 11 in
der ersten Endposition hält,
in der der Dichtsteg 10 seine maximale Länge L1 aufweist. Sobald das durch die Federcharakteristik
des Rückstellelements 13 und
der Kolbenfläche
des Dichtstücks 11 vorgegebene
Grenzdruckniveau erreicht ist, gibt das Rückstellelement 13 so
nach, dass mit zunehmendem Fluidsteuerdruck PS das
Dichtstück 11 kontinuierlich
weiter aus der Überdeckung
mit der Förderzelle 7 und
den einander gegenüber
liegenden Zähne
der Verzahnungen 1a und 2i bewegt wird, bis schließlich in
der zweiten Endposition des Dichtstücks 11 die Einlassöffnung 5 über ihre
gesamte, in radialer Richtung gemessene Höhe in Richtung Hochdruckseite
verlängert
ist. Ab dem Beginn der Abregelung, das heißt ab der Bewegung des Dichtstücks 11 aus
seiner ersten Endposition, nimmt im Falle einer kontinuierlichen
Bewegung des Dichtstücks
auch kontinuierlich die Dichtwirkung des Dichtstegs 10 ab,
so dass in zunehmendem Maße Fluid
von der Hochdruckseite über
die Tasche 12 in die Einlassöffnung 5 zurückströmt. Durch
dieses bei Beginn des Abregelvorgangs einsetzende Nachlassen der
Dichtwirkung, die bei stärkerem
Abregeln immer mehr nachlässt,
wird Antriebsleistung gespart, da weniger Fluid in den Hochdruckkanal
gefördert werden
muss, als es ohne die Verringerung der Dichtwirkung der Fall wäre. Hierdurch
wird ab Erreichen des Grenzdruckniveaus, das bei Zahnradpumpen einer
bestimmten Drehzahl der Zahnräder
zugeordnet werden kann, Antriebsleistung eingespart. Das Rückstellelement 13 kann
auch so ausgewählt und
vorgespannt sein, dass die Abregelung in einer einzigen Stufe erfolgt,
indem das Dichtstück 11 bei Erreichen
des Grenzdruckniveaus schlagartig in die zweite Endposition bewegt
wird.
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Durch
die erfindungsgemäße Abregelung kann
die Fördercharakteristik
der Pumpe, das heißt, das über der
Drehzahl aufgetragene Fördervolumen und/oder
der über
der Drehzahl aufgetragene Fluiddruck der Hochdruckseite, beispielsweise
so eingestellt werden, dass das Fördervolumen in einem unteren
Drehzahlbereich, der von der Drehzahl 0 bis zu einer Grenzdrehzahl
reicht, proportional mit der Drehzahl steigt und in einem sich an
die Grenzdrehzahl anschließenden
oberen Drehzahlbereich konstant oder nahezu konstant bleibt. Mit
Hilfe des Rückstellelements 13 können auch
andere Fördercharakteristiken
eingestellt werden, beispielsweise mit einer Doppelfeder, die in
dem unteren Drehzahlbereich hart, in einem sich anschließenden mittleren
Drehzahlbereich weich und in einem sich nochmals daran anschließenden oberen
Drehzahlbereich wieder hart ist. Denkbar ist auch die Anordnung
von mehreren in radialer Richtung bewegbaren Dichtstücken in
Drehrichtung nebeneinander. Mit zunehmendem Fluiddruck würden die
Dichtstücke
in Drehrichtung sukzessive, beginnend mit demjenigen, das der Einlassöffnung am
nächsten
ist, ganz oder teilweise aus der Verlängerung der Einlassöffnung bewegt
werden. In einer weiteren Alternative weist das Dichtstück eine Form
auf, in der die von dem Dichtstück
gebildete Dichtfläche
sich in Drehrichtung D verbreitert, wobei die Breite in radialer
Richtung gemessen wird. Die beispielhaft erläuterten Fördercharakteristiken sind insbesondere
für Innenzahnradpumpen
vorteilhaft, die als Schmierölpumpen
für Verbrennungskolbenmotoren,
im wesentlichen Hubkolbenmotoren, von Fahrzeugen verwendet werden.