-
Die Erfindung geht aus von einer
Zahnradförderpumpe
nach der Gattung des Anspruchs 1.
-
Eine solche Zahnradförderpumpe
ist durch die
DE 196
25 564 A1 bekannt. Diese Zahnradförderpumpe ist für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine vorgesehen und weist ein Gehäuse auf,
in dem eine Pumpkammer gebildet ist. In der Pumpkammer ist ein rotierend
angetriebenes Paar von an ihrem Außenumfang miteinander kämmender
Zahnräder
angeordnet. Die Zahnräder
fördern
Kraftstoff als Fördermedium
aus einem mit einem Vorratstank verbundenen Ansaugraum entlang zwischen
dem Umfang der Zahnräder
und Umfangswänden
der Pumpkammer gebildeten Förderkanälen in einen
Druckraum. Die Zahnradförderpumpe
weist außerdem
ein Druckbegrenzungsventil zur Begrenzung des Drucks im Druckraum
auf. Bei Überschreiten
eines vorgegebenen Drucks im Druckraum gibt das Druckbegrenzungsventil
einen Verbindungskanal des Druckraums zum Ansaugraum frei. Das Druckbegrenzungsventil
weist einen Ventilkolben auf, der in einer Bohrung in einer zu den
Drehachsen der Zahnräder
senkrechten Ebene verschiebbar geführt ist und der mit einem Ventilsitz
zusammenwirkt. Der Ventilkolben ist gegen die Kraft einer vorgespannten
Feder verschiebbar. Nachteilig bei dieser bekannten Zahnradförderpumpe
ist die aufwendige Ausbildung des Druckbegrenzungsventils, für das der
zusätzliche
Ventilsitz notwendig ist.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Zahnradförderpumpe mit den Merkmalen
gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber
den Vorteil, daß das
Druckbegrenzungsventil einfach ausgebildet ist, indem für dieses
kein zusätzlicher
Ventilsitz erforderlich ist, da der Ventilkolben zur Steuerung der
Verbindung des Druckraums mit dem Ansaugraum direkt mit den Stirnseiten
der Zahnräder
zusammenwirkt. Darüberhinaus
wird durch den Ventilkolben des Druckbegrenzungsventils das Spiel
der Zahnräder
in der Pumpkammer in Richtung ihrer Drehachsen verringert, so daß die Zahnradförderpumpe
insbesondere beim Anlaufen einen hohen Wirkungsgrad besitzt und
eine große
Kraftstoffmenge fördern
kann. Die Zahnradförderpumpe kann
dadurch auf eine kleinere Fördermenge
ausgelegt werden, entsprechend kleiner dimensioniert und kostengünstiger
gefertigt werden.
-
In den abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zahnradförderpumpe
angegeben. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ist der Verbindungskanal
auf einfache Weise gebildet. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch
5 wird eine ausreichende Kraft zur Verschiebung auf den Ventilkolben durch
den im Druckraum herrschenden Druck erzeugt. Durch die Ausbildung
gemäß Anspruch
8 kann bei der Bewegung des Ventilkolbens in der Bohrung Fördermedium
aus dem Raum verdrängt
werden bzw. in diesen nachströmen.
-
Zeichnung
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 eine Zahnradförderpumpe
in einem Schnitt entlang Linie I-I in 2, 2 die Zahnradförderpumpe
in einem Schnitt entlang Linie II-II in 1 und 3 die Zahnradförderpumpe
schematisch in einem Schnitt entlang Linie III-III in 2 in vergrößerter Darstellung.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
Eine in den 1 bis 3 dargestellte
Zahnradförderpumpe
ist in einer nicht dargestellten Förderleitung von einem Vorratstank
zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe oder einer Kraftstoffeinspritzpumpe
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine beispielsweise
eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Brennkraftmaschine ist eine
selbstzündende Brennkraftmaschine
und der Kraftstoff, der durch die Zahnradförderpumpe gefördert wird,
ist Dieselkraftstoff. Die Zahnradförderpumpe weist ein mehrteiliges Gehäuse auf,
das ein Gehäuseteil 10 und
ein Deckelteil 12 aufweist. Zwischen dem Gehäuseteil 10 und
dem Deckelteil 12 ist eine Pumpkammer 14 gebildet,
in der ein Paar an ihrem Außenumfang
miteinander kämmender
Zahnräder 16,18 angeordnet
ist. Das Gehäuseteil 10 weist
zur Bildung der Pumpkammer 14 zwei Vertiefungen 20,22 auf,
von deren Grund jeweils ein Lagerzapfen 24,26 absteht.
Die Lagerzapfen 24,26 sind einstöckig mit
dem Gehäuseteil 10 ausgebildet
und verlaufen zumindest annähernd
parallel zueinander. Die Lagerzapfen 24,26 können zur Gewichtsreduzierung
des Gehäuseteils 10 zumindest
teilweise hohl ausgebildet sein. Das Zahnrad 16 weist eine
Bohrung 17 auf, über
die es auf dem Lagerzapfen 24 drehbar gelagert ist. Das
Zahnrad 18 weist eine Bohrung 19 auf, über die
es auf dem Lagerzapfen 26 drehbar gelagert ist. Die Lagerzapfen 24,26 bestimmten
jeweils eine Drehachse 25,27 für die Zahnräder 16,18.
Das Deckelteil 12 ist mit dem Gehäuseteil 10 fest verbunden,
beispielsweise mittels mehrerer Schrauben. Das Gehäuseteil 10 und das
Deckelteil 12 bestehen vorzugsweise aus Leichtmetall, insbesondere
Aluminium. Die Zahnräder 16,18 bestehen
vorzugsweise aus Stahl, insbesondere aus Sinterstahl.
-
Die Zahnradförderpumpe weist eine Antriebswelle 30 auf,
die im Gehäuseteil 10 drehbar
gelagert ist. Die Antriebswelle 30 ist zumindest annähernd koaxial
zum Lagerzapfen 24 angeordnet, wobei das Gehäuseteil 10 eine
Bohrung aufweist, die sich im Lagerzapfen 24 fortsetzt
und durch die das Ende der Antriebswelle 30 hindurchtritt.
Zwischen der Bohrung und der Antriebswelle 30 ist ein Wellendichtring
eingebaut, um das Gehäuseteil 10 abzudichten.
Die Antriebswelle 30 ist mit dem Zahnrad 16 gekoppelt,
beispielsweise über
ein zwischen dem Stirnende des Lagerzapfens 24 und dem
Deckelteil 12 angeordnetes Koppelglied 36. Das
Zahnrad 16 wird beim Betrieb der Zahnradförderpumpe über die Antriebswelle 30 rotierend
angetrieben und überträgt diese
Drehbewegung über
eine Stirnverzahnung auf das ebenfalls mit einer Stirnverzahnung
versehene, mit dem Zahnrad 16 an seinem Außenumfang
kämmende
Zahnrad 18. Die Zahnräder 16,18 teilen
dabei die Pumpkammer 14 durch ihren Zahneingriff in zwei Teilbereiche,
von denen ein erster Teilbereich einen Ansaugraum 40 und
ein zweiter Teilbereich einen Druckraum 42 bilden. Der
Ansaugraum 40 ist dabei über je einen zwischen den Zahnnuten
an den Umfangsflächen
der Zahnräder 16,18 und
der oberen und unteren Umfangswand der Pumpkammer 14 gebildeten
Förderkanal 44 mit
dem Druckraum 42 verbunden. Der Ansaugraum 40 und
der Druckraum 42 weisen jeweils eine Anschlussöffnung in
der Wand des Gehäuseteils 10 oder
des Deckelteils 12 auf, über die der Ansaugraum 40 mit
einer nicht dargestellten Ansaugleitung vom Vorratstank und der Druckraum 42 über eine
ebenfalls nicht dargestellte Förderleitung
mit dem Saugraum des Kraftstoffhochdruckpumpe oder der Kraftstoffeinspritzpumpe
verbunden ist. Die Anschlussöffnung
in den Ansaugraum 40 bildet eine Einlassöffnung 46 und
die Anschlussöffnung
in den Druckraum 42 bildet eine Auslassöffnung 48.
-
Die Zahnradförderpumpe weist ein Druckbegrenzungsventil 50 auf,
das im Gehäuse,
beispielsweise im Gehäuseteil 10 angeordnet
ist. Im Grund der die Pumpkammer 14 bildenden Vertiefungen 20,22 ist
eine Nut 52 eingebracht, die sich zwischen dem Druckraum 42 und
dem Ansaugraum 40 erstreckt. Die Nut 52 weist
eine Länge
1, eine Breite b und eine Tiefe t auf. Die Nut 52 verläuft wie
in 3 dargestellt bei
Betrachtung in Richtung der Drehachsen 25,27 der
Zahnräder 24,26 betrachtet
etwa tangential zu den Zahnrädern 16,18 und
deren Länge
1 ist so bemessen, daß die
Nut 52 über
die Schnittlinien 54 der Kopfkreise Dk der Zahnräder 16,18 hinausreicht.
Die Nut 52 ist in Richtung der Drehachsen 25,27 der
Zahnräder 16,18 betrachtet
zumindest annähernd
mittig zwischen den Zahnrädern 16,18 angeordnet.
Die Nut 52 bildet somit einen sich vom Druckraum 42 bis
zum Ansaugraum 40 erstreckenden Verbindungskanal. Außerhalb
der Nut 52 begrenzt das Gehäuseteil 10 mit dem
Grund der Vertiefungen 20,22 die Pumpkammer 14 mit
geringem axialem Abstand zu den Stirnseiten der Zahnräder 16,18.
-
Am Grund der Nut 52 ist
eine Bohrung 56 eingebracht, deren Durchmesser d vorzugsweise
etwas größer ist
als die Breite b der Nut 52. Die Bohrung 56 verläuft zumindest
annähernd
parallel zu den Drehachsen 25,27 der Zahnräder 16,18 und
ist vorzugsweise bezüglich
einer Verbindungslinie 58 zwischen den Drehachsen 25,27 der
Zahnräder 16,18 um
ein Maß H
zum Druckraum 42 hin versetzt angeordnet. Das Maß H beträgt vorzugsweise
zwischen etwa 2 und 5 mm. In der Bohrung 56 ist als Ventilglied des
Druckbegrenzungsventils 50 ein Ventilkolben 60 verschiebbar
geführt.
Der Ventilkolben 60 wird durch eine zwischen diesem und
dem Grund der Bohrung 56 eingespannte Druckfeder 62,
beispielsweise in Form einer Schraubendruckfeder, zu den diesem
zugewandten Stirnseiten der Zahnräder 16,18 hin
gedrückt.
Die Stirnseiten der Zahnräder 16,18 sind
zumindest annähernd
eben ausgebildet und zumindest annähernd senkrecht zu deren Drehachsen 25,27 angeordnet.
Der Ventilkolben 60 liegt an den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 im
Bereich von deren Zahneingriff an. Der durch den Ventilkolben 60 auf
seiner den Zahnrädern 16,18 abgewandten
Rückseite
in der Bohrung 56 begrenzte Raum 64 ist über eine
Bohrung 66 im Gehäuseteil 10 mit
dem Ansaugraum 40 verbunden.
-
Der Ventilkolben 60 ist
auf einem Teil seiner den Zahnrädern 16,18 zugewandten
Stirnfläche
von dem im Druckraum 42 herrschenden Druck beaufschlagt,
durch den eine der Druckfeder 62 entgegengerichtete Kraft
auf den Ventilkolben 60 erzeugt wird. Wenn die Kraft der
Druckfeder 62 größer ist
als die durch den im Druckraum 42 herrschenden Druck erzeugte
Kraft, so befindet sich der Ventilkolben 60 in Anlage an
den Stirnseiten der Zahnräder 16,18,
die einen Ventilsitz bilden. Dabei wird durch den Ventilkolben 60 in
Zusammenwirkung mit den Zahnrädern 16,18 der
Durchgang durch die Nut 52 und damit die Verbindung zwischen
dem Druckraum 42 und dem Ansaugraum 40 unterbrochen.
Wenn der Ventilkolben 60 durch die Kraft der Druckfeder 62 an
den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 gepresst
wird, so wird hierbei das Spiel der Zahnräder 16,18 in
der Pumpkammer 14 in Richtung von deren Drehachse 25,27 verringert,
vorzugsweise vollständig
beseitigt. Dies ist insbesondere beim Anlaufen der Zahnradförderpumpe
und beim Starten der Brennkraftmaschine vorteilhaft, da dann der
Wirkungsgrad der Pumpe optimal ist. Durch den Ventilkolben 60 wird
dabei durch die Reibung eine bremsende Kraft auf die Zahnräder 16,18 erzeugt,
die insbesondere beim Anlaufen der Zahnradförderpumpe vorteilhaft ist,
da hierdurch ein besserer Flankenkontakt zwischen den Verzahnungen
der Zahnräder 16,18 bewirkt
wird. Infolge des guten Wirkungsgrads der Zahnradförderpumpe
insbesondere beim Anlaufen und beim Starten der Brennkraftmaschine,
wenn eine große
Kraftstoffmenge gefördert
werden muß,
kann die Zahnradförderpumpe in
ihrer Dimensionierung auf eine geringere Fördermenge ausgelegt werden
als bekannte Zahnradförderpumpen.
-
Wenn ein vorgegebener Druck im Druckraum 42 überschritten
wird, so übersteigt
die durch den Druck auf den Ventilkolben 60 erzeugte Kraft
die Kraft der Druckfeder 62, so daß der Ventilkolben 60 sich
gegen die Kraft der Druckfeder 62 verschiebt und von den
Stirnseiten der Zahnräder 16,18 abhebt. Dabei
wird der Durchgang durch die Nut 52 freigegeben und es
besteht eine Verbindung zwischen dem Druckraum 42 und dem
Ansaugraum 40, so daß Kraftstoff
aus dem Druckraum 42 in den Ansaugraum 40 abfließen kann,
wodurch der Druck im Druckraum 42 begrenzt wird. Durch
die Vorspannung der Druckfeder 62, den Durchmesser des
Ventilkolbens 60 und die Lage des Ventilkolbens 60 bezüglich des
Druckraums 42 und damit der Größe der vom im Druckraum 42 herrschenden
Druck beaufschlagten Stirnfläche
des Ventilkolbens 60 kann der Druck variiert werden, bei
dem das Druckbegrenzungsventil 50 öffnet. Mit zunehmendem Druck
im Druckraum 42 wird der Ventilkolben 60 weiter
in die Bohrung 56 hinein verschoben, so daß durch
den Ventilkolben 60 in der Nut 52 ein zunehmend
größerer Durchflußquerschnitt
freigegeben wird. Der größte vom
Ventilkolben 60 in der Nut 52 freigegebene Durchflußquerschnitt
ist vorzugsweise so groß,
daß die
gesamte durch die Zahnräder 16,18 geförderte Kraftstoffmenge
vom Druckraum 42 in den Ansaugraum 40 zurückfließen kann,
wenn durch die Zahnradförderpumpe kein
Kraftstoff gefördert
werden darf. Die Querschnittsfläche
der Nut 52, die den maximalen Durchflußquerschnitt bestimmt, beträgt vorzugsweise
zwischen etwa 30 und 60 mm2. Beim Eintauchen
des Ventilkolbens 60 in die Bohrung 56 wird durch
diesen aus dem Raum 64 Kraftstoff über die Bohrung 66 in den
Ansaugraum 40 verdrängt.
Beim Austauchen des Ventilkolbens
60 aus der Bohrung 56 kann über die
Bohrung 66 der Raum 64 wieder mit Kraftstoff aus dem
Ansaugraum 40 befällt
werden.
-
Während
des Betriebs der Zahnradförderpumpe
entstehen Druckpulsationen durch den wechselnden Zahnreingriff der
Zahnräder 16,18,
und das dabei zwischen den Verzahnungen verdrängte Kraftstoffvolumen. Der
Ventilkolben 60 liegt an den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 im
Bereich von deren Zahneingriff an und ist somit von dem zwischen
den Verzahnungen herrschenden Druck beaufschlagt. Bei Druckpulsationen
zwischen den Verzahnungen führt
der Ventilkolben 60 dabei eine Ausweichbewegung aus, wodurch
diese Druckpulsationen gedämpft und
verringert werden.
-
Die Zahnradförderpumpe weist außerdem ein
Bypassventil 70 auf, durch das eine Verbindung zwischen
dem Druckraum 42 und dem Ansaugraum 40 freigegeben
werden kann, wenn der Druck im Druckraum 42 geringer ist
als im Ansaugraum 40. Dies kann insbesondere nach einem
Leerlaufen der Zahnradförderpumpe
oder bei deren Erstbefüllung der
Fall sein, wobei das Bypassventil 70 ein Entlüften und
Befüllen
der Zahnradförderpumpe
ermöglicht. Das
Bypassventil 70 weist ein Ventilglied 72 auf,
das von dem im Druckraum 42 herrschenden Druck beaufschlagt
ist und durch diesen zu einem Ventilsitz 74 am Gehäuseteil 10 gedrückt wird.
Das Ventilglied 72 ist beispielsweise in einer Vertiefung 76 der
Nut 52 auf deren in den Druckraum 42 ragendem
Bereich angeordnet. Das Ventilglied 72 kann beispielsweise aus
einem Elastomer bestehen und der Ventilsitz 74 kann als
Flachsitz ausgebildet sein. Vom Ventilsitz 74 führt eine
Bohrung 78 in den Raum 64 in der Bohrung 56 hinter
dem Ventilkolben 60 ab, der wiederum über die Bohrung 66 mit
dem Ansaugraum 40 verbunden ist. Am Ventilglied 72 greift
außerdem
eine Schließfeder 80 an,
die beispielsweise eine in der Bohrung 78 angeordnete vorgespannte
Zugfeder sein kann, die einerseits am Ventilglied 72 angreift
und andererseits an der letzten Windung der Druckfeder 62 eingehängt ist.
Durch die Schließfeder 80 wird
das Ventilglied 72 mit geringer Kraft zum Ventilsitz 74 hin
gezogen und dadurch eine Anlage am Ventilsitz 74 erreicht,
wenn die Zahnradförderpumpe
nicht in Betrieb ist. Wenn während
des Betriebs der Zahnradförderpumpe
der Druck im Druckraum 42 geringer ist als im Ansaugraum 40,
so öffnet
das Bypassventil 70, indem dessen Ventilglied 72 vom
Ventilsitz 74 abhebt, so daß Kraftstoff direkt aus dem
Ansaugraum 40 in den Druckraum 42 gelangen kann
und der Druckraum 42 mit Kraftstoff befällt wird. Wenn während des weiteren
Betriebs der Zahnradförderpumpe
der Druck im Druckraum 42 ansteigt und höher ist
als der Druck im Ansaugraum 40, so wird das Ventilglied 72 gegen
den Ventilsitz 74 gedrückt,
so daß das
Bypassventil 70 schließt
und der Druckraum 42 vom Ansaugraum 40 getrennt
ist.