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Die
Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere Ölpumpe für Verbrennungsmotoren, bestehend
aus einem Pumpengehäuse,
wobei das Pumpengehäuse
aus einem Pumpendeckel und einem Pumpenflansch besteht, wobei zwischen
dem Pumpendeckel und dem Pumpenflansch wenigstens ein Zahnradsatz
angeordnet ist und der Pumpendeckel und der Pumpenflansch über wenigstens
ein Distanzelement verbunden sind.
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Die
Entwicklung von Automobilen mit niedrigen Kraftstoffverbräuchen erfordert
die Optimierung von Fahrzeug- und Motorenkomponenten. Für den Kraftfahrzeugenergieverbrauch
im häufig
auftretenden Kurzstrecken- und Stadtverkehr sind hierbei die Verluste,
die unter anderem durch den Antrieb von Nebenaggregaten bedingt
sind, von besonderer Bedeutung. Die Antriebsleistung von unter anderem Ölpumpen,
die die Motorschmierung sicherstellen, können zu einer Verringerung
der eigentlichen Motorleistung führen,
wodurch der Kraftstoffverbrauch stark ansteigt.
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Bei
bis zu minus 40°C
muß die
Funktion der Motorschmierung und eine ausreichend schnelle Motorschmierung
gewährleistet
werden und im heißen
Leerlaufbetrieb bis zu 160°C
darf die Ölversorgung
keinen Mangel aufweisen. Der Heißleerlaufbetrieb ist gekennzeichnet
durch hohe innere Leckagen der Ölpumpe
und einen relativ hohen Ölbedarf
des Motors. Der Heißleerlaufbetrieb
ist ein wesentlicher Betriebspunkt für die Dimensionierung der Ölpumpe.
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Im
allgemeinen wird bei der klassischen Pumpenauslegung die Ölpumpe für diesen
Betriebspunkt ausgelegt. Im normalen Fahrzeugbetrieb führt dies
zu einer überdimensionierten Ölpumpe,
da die Ölschlucklinie
des Verbrennungsmotors degressiv über die Drehzahl verläuft, wobei
die Förderkennlinie
der Ölpumpe näherungsweise
linear mit der Drehzahl ansteigt. Das hieraus resultierende Überangebot
an Öl wird über ein Überdruckbegrenzungsventil
energieverzehrend abgeblasen.
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Die
vorstehend beschriebene Problematik wird dadurch verstärkt, daß insbesondere
die Automobilindustrie den Einsatz dünnflüssigerer Öle wünscht. Hierdurch wird zwar
die Funktion von Pumpen bei Minustemperaturen verbessert, wobei
der volumetrische Wirkungsgrad bei hohen Temperaturen verschlechtert
wird.
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Ein
weiteres Problem besteht darin, daß fast alle Pumpengehäuse aus
im Vergleich zu den eingesetzten Zahnradsätzen unterschiedlichen Materialien
gefertigt werden. Eine Vielzahl von Pumpengehäusen wird beispielsweise aus
Gründen
der Gewichtsersparnis aus Aluminium Druckguß hergestellt, wohingegen die Zahnradsätze aus
Stahl, insbesondere Sinterstahl hergestellt werden. Aufgrund der
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Pumpengehäuses
und der Zahnradsätze
ergibt sich, daß das
notwenige geplante Axialspiel zwischen Zahnradsatz und Pumpengehäuse sich
bei Temperaturerhöhung
und/oder -erniedrigung verändert.
Bei einer Temperaturerhöhung
erfolgt eine ungefähr
lineare Erhöhung
des Axialspiels, so daß weitere
Verluste des volumetrischen Wirkungsgrades erfolgen, welche 50 bis
60 % betragen können.
Der volumetrische Wirkungsgrad einer Pumpe sinkt ungefähr linear
bei steigenden Temperaturen.
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Die
vorstehend beschriebene Problematik wird vertiefend am Beispiel
einer Flügelzellenpumpe
mit folgenden Kennwerten dargestellt:
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Das
Axialspiel der Pumpe wird auf 0,07 mm bei 20°C ausgelegt.
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Temperaturdifferenz
130°C (20°C bis 150°C):
Ausdehnung
Aluminium-Gehäuse:
46.07mm
+ 46.07mm·0.0000238°C–1·130°C = 46.213
mm
Ausdehnung Sinterstahlradsatz:
46.00mm + 46.00mm·0.000012°C–1·130°C = 46.07mm
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Das
ergibt ein Axialspiel von 0.143mm.
Temperaturdifferenz 60°C (–40°C bis 20°C):
Schrumpfung
Aluminium-Gehäuse:
46.07mm – 46.07mm·0.0000238°C–1·60°C = 46.004mm
Schrumpfung
Sinterstahlradsatz:
46.00mm – 46.00mm·0.000012°C–1·60°C = 45,967
mm
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Das
ergibt ein Axialspiel von 0.037 mm.
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Durch
die unterschiedliche Wärmeausdehnung
der Werkstoffe, vergrößert sich
das Axialspiel bei 150°C
auf 0.143 mm und verkleinert sich bei 40°C auf 0.037 mm. Eine Verdoppelung
des Axialspiels und eine Verringerung der Viskosität des Mediums
führt zu
einem volumetrischen Wirkungsgradverlusten von 50 bis 60%. Bei niedrigen
Temperaturen kann es durch die Verkleinerung des Axialspiels zu
Funktionsstörungen
und zu erheblicher Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrades
kommen. 0.01 mm Axialspielzunahme bedeutet ca. 1Liter/min Förderstromabnahme
bei 100°C,
5.5bar, 550 U/min (Aussage TV-H Nov. 98). Bei der Auslegung einer Ölpumpe müssen diese
volumetrischen Verluste berücksichtigt
werden und die Pumpe entsprechend größer ausgelegt werden. Durch
die größer ausgelegte
Pumpe kommt es bei höheren
Drehzahlen zu einem Überangebot
an Öl das
leistungsverzehrend abgeführt
werden muß.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Pumpe zu bilden, die ein im Temperaturbereich
von minus 40°C
bis 160°C
sich gering änderndes
Axialspiel aufweist und eine über
diesen Temperaturbereich nur gering abfallenden volumetrischen Wirkungsgrad
aufweist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch
eine Pumpe, insbesondere Ölpumpe
für Verbrennungsmotoren,
bestehend aus einem Pumpengehäuse,
wobei das Pumpengehäuse
aus einem Pumpendeckel und einem Pumpenflansch besteht, wobei zwischen
dem Pumpendeckel und dem Pumpenflansch wenigstens ein Zahnradsatz
angeordnet ist und der Pumpendeckel und der Pumpenflansch über wenigstens
ein Distanzelement verbunden sind, wobei das Distanzelement einen
geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist als der Pumpendeckel, der Pumpenflansch und/oder der Zahnradsatz.
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Die
erfindungsgemäß gestaltete
Pumpe ermöglicht
eine Verbesserung des volumetrischen Wirkungsgrads einer Pumpe um
40 bis 50% gegenüber
Pumpen, die ein Pumpengehäuse
aus Aluminium-Druckguß und einen
Zahnradsatz aus Stahl aufweisen. Der volumetrische Wirkungsgrad
der erfindungsgemäßen Pumpe ist
um ca. 20 bis 25% höher
gegenüber
Pumpen, die ein Pumpengehäuse
und einen Zahnradsatz aus Stahl aufweisen. Des weiteren wird bei
niedrigen Temperaturen der mechanische Wirkungsgrad verbessert.
Ein weiterer Vorteil besteht bezüglich
der Auswirkung auf die Pumpenauslegung, da die Pumpengröße reduziert
werden kann. Ferner ist eine Reduzierung der Leistungsaufnahme und
des Gewichtes der Pumpe möglich
und vor allem eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Es läst sich
durch die erfindungsgemäße Gestaltung
der Pumpe das optimale Axialspiel für fast alle Pumpenarten mit
den bestmöglichen
Wirkungsgraden berechnen. Bei vielen Pumpentypen ist diese Optimierung
kostengünstig
nachrüstbar.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Gestaltung
der Pumpe werden am Beispiel der im Stand der Technik gewürdigten
Flügelzellenpumpe
dargelegt:
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Optimierte Flügelzellenpumpe:
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- Wärmeausdehnungskoeffizient
Invar = 0.0000015°C–1
Ausdehnung
des Distanzelements aus Invar (Nickelstahl):
46.09mm + 46.09mm·0.0000015°C–1·130°C = 46.098mm
Ausdehnung
Sinterstahlradsatz:
46.00mm + 46.00·0.000012°C–1·130°C = 46.072
mm
- Hieraus ergibt sich ein Axialspiel von 0.026mm
Schrumpfung
des Distanzelements aus Invar (Nickelstahl):
46.09 – 46.09·0.0000015°C–1·60°C = 46.086
mm
Schrumpfung Sinterstahlradsatz:
46.00mm – 46.0mm·0.000012°C–1·60°C = 45.96
mm
- Hieraus ergibt sich ein Axialspiel von 0.119mm
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Durch
den Einbau eine Distanzelementes mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 0.0000015°C–1 verkleinert
sich das Axialspiel bei 150°C
auf 0.026 mm und vergrößert sich
bei – 40°C auf 0.119 mm.
Es zeigt sich somit, daß durch
den Einbau einer Distanzelementes in das Pumpengehäuse beispielsweise aus
Nickelstahl (Invar) mit 36% Nickel (Wärmeausdehnungskoeffizient von
0.0000015), die negative Auswirkung der Wärmeausdehnung in positive umgekehrt,
d. h., bei hohen Temperaturen verkleinert sich das Axialspiel und
bei niedrigen Temperaturen vergrößert sich
das Axialspiel.
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Die
Auswirkung der Wärmeausdehnung
bezüglich
der Veränderung
des Axialspiels über
die Temperatur ist noch einmal in der nachstehenden Grafik wiedergegeben. Axialspiel-Optimierung
Pumpengehäuse:
Aluminium oder Stahl; Radsatz: Sinterstahl
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Die
Grafik zeigt, daß bei
einer Kombination eines Pumpengehäuses aus Stahl mit einem Radsatz
aus Stahl das geplante Axialspiel über die Temperatur konstant
bleibt, da das Pumpengehäuse
und der Radsatz einen identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweisen. Ein hinsichtlich des Gewichtes optimiertes Pumpengehäuse aus
Aluminium-Druckguß in
Kombination mit einem Radsatz aus Sinterstahl zeigt das bei höheren Temperaturen
steigende Axialspiel und die dadurch bedingten inneren Leckagen,
die nicht gewünscht sind.
Die erfindungsgemäße Kombination
eines leichten Pumpengehäuses
aus Aluminium-Druckguß mit einem
Sinterstahlradsatz und Distanzelementen mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
als der Radsatz und das Pumpengehäuse zeigt ein sich bei steigenden
Temperaturen verringerndes Axialspiel.
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Ferner
wird durch die nachstehend wiedergegeben Grafik dargestellt, wie
sich der volumetrische Wirkungsgrad bei steigendem Druck und steigenden
Temperaturen verhält
für eine
nach dem Stand der Technik hergestellte Pumpe, wobei folgende Testbedingungen
vorlagen:
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| Pumpengehäuse: |
Grauguß |
| Radsatz: |
Sinterstahl |
| Radsatztyp: |
Planetenrotorsatz |
| Radsatzbreite: |
18.00
mm |
| Hubvolumen: |
5.40
cm3/U |
| Medium: |
ATF
Getriebeöl |
| Drehzahl: |
500
U/min |
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Pumpentest
ohne Axialspiel-Optimierung Gehäuse:
Stahl; Radsatz: Sinterstahl
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Es
ist deutlich erkennbar, daß der
volumetrische Wirkungsgrad einer nach dem Stand der Technik hergestellten
Pumpe bei steigendem Druck bei 20°C
um ungefähr
7% sinkt. Bei einer auf 80°C
erhöhten
Temperatur sinkt der volumetrische Wirkungsgrad um ungefähr 30%.
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Demgegenüber zeigt
die nachstehend wiedergegeben Grafik, wie sich der volumetrische
Wirkungsgrad bei steigendem Druck und steigenden Temperaturen verhält bei einer
erfindungsgemäßen Pumpe
verhält,
wobei folgende Testbedingungen vorlagen:
| Pumpengehäuse: | Grauguß mit eingebauten
Dinstanzbuchsen aus Invar (Nickelstahl mit 36% Nickel) |
| Radsatz: | Sinterstahl |
| Radsatztyp: | Planetenrotorsatz |
| Radsatzbreite: | 18.00
mm |
| Hubvolumen: | 5.40
cm3/U |
| Medium: | ATF
Getriebeöl |
| Drehzahl: | 500
U/min |
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Pumpentest
mit Axialspiel-Optimierung Gehäuse:
Stahl; Radsatz: Sinterstahl
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Es
ist erkennbar, daß der
volumetrische Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Pumpe bei steigendem Druck
und nahezu unabhängig
von der Temperatur um nur ungefähr
7% sinkt.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen
dem Pumpendeckel und dem Pumpenflansch eine Pumpenringplatte angeordnet
ist, in der wenigstens ein Zahnradsatz gelagert ist, wobei die Pumpenringplatte
einen gleichen oder größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist als das Distanzelement.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der
Wärmeausdehnungskoeffizient
des Distanzelementes um wenigstens den Faktor 10 kleiner ist als
der jeweilige Wärmeausdehnungskoeffizient
des Pumpendeckels, des Pumpenflansches, des Radsatzes und/oder der
Pumpenringplatte.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der
Wärmeausdehnungskoeffizient
des Distanzelementes kleiner 0,00002°C–1 ist.
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In
zweckmäßiger Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, daß das Distanzelement aus Nickelstahl
besteht, vorzugsweise mit einem Anteil von 36% Nickel.
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In
weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung
der Erfindung ist vorgesehen, daß das Distanzelemente ein Sinterteil
ist. Das gesinterte metallische Bauteil kann mit entsprechenden
Legierungselementen versehen sein, um ein Distanzelement mit einem
auf den Anwendungsfall abgestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten
zu erhalten.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der
Pumpenringplatte ein Planetenrotorsatz exzentrisch gelagert ist,
wobei der Innenrotor mit einer Antriebswelle verbunden ist und der
Pumpendeckel, die Pumpenringplatte und der Pumpenflansch dichtend
voneinander getrennt sind, wobei Distanzelemente vorgesehen sind,
deren Höhe
um den Betrag des geplanten Axialspiels größer ist als die Höhe des Planetenrotorsatzes
und die Höhe
der Pumpenringplatte ist um den Wärmeausdehnungsdifferenzbetrag
kleiner als die Höhe
des Distanzelements, wobei die zwischen Pumpendeckel, Pumpenringplatte
und Pumpenflansch bestehende Dehnungsspalte durch Dichtelemente
abgedichtet wird.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der
Pumpendeckel mit einem Bund versehen ist, der in die Pumpenringplatte
hineinragt und in der Pumpenring platte ein Planetenrotorsatz gelagert
ist, wobei die Pumpenringplatte von wenigstens einem Distanzelement
durchsetzt ist, welches in Kontakt mit dem Pumpendeckel und dem
Pumpenflansch steht.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß der
Pumpendeckel und der Pumpenflansch mit einem Bund versehen sind,
der in die Pumpenringplatte hineinragt und in der Pumpenringplatte
ein Planetenrotorsatz gelagert ist, wobei die Pumpenringplatte von
wenigstens einem Distanzelement durchsetzt ist, welches in Kontakt
mit dem Pumpendeckel und dem Pumpenflansch steht.
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Die
Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen
dargestellt. Es zeigen:
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1.1 einen Schnitt entlang
der Linie A-A in 1.2 einer
erfindungsgemäße Pumpe
in Plattenbauweise,
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1.2 eine Draufsicht zu 1.1,
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1.3 eine Einzelheit X1 gemäß 1.1,
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2.1 einen Schnitt durch
eine erste erfindungsgemäße Variante,
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2.2 eine Einzelheit X2 gemäß 2.1,
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3.1 einen Schnitt durch
eine zweite erfindungsgemäße Variante,
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3.2 eine Einzelheit X3 gemäß 3.1,
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4.1 einen Schnitt durch
eine dritte erfindungsgemäße Variante,
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4.2 eine Einzelheit X4 gemäß 4.1,
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5.1 einen Schnitt durch
eine vierte erfindungsgemäße Variante,
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5.2 eine Einzelheit X5 gemäß 5.1,
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1.1 zeigt ein einen Schnitt
durch ein Pumpengehäuse
in Plattenbauweise, das aus einem Pumpendeckel 2, einer
Pumpenringplatte 6 und einem Pumpenflansch 3 besteht.
In der Pumpenringplatte 6 ist ein Planetenrotorsatz 4,
bestehend aus einem Außenrotor 16,
Planetenrotoren 17 und einem Innenrotor 7, exzentrisch
gelagert. Über
die Antriebswelle 9 wird der Innenrotor 7 angetrieben.
In der Pumpenringplatte 6 sind Lagerbohrungen 14 für die Distanzbuchsen 5 vorgesehen.
In Pumpendeckel 2 und Pumpenflansch 3 ist eine O-Ringnut 12 eingearbeitet,
in der ein Dichtring 11 (O-Ring) eingesetzt ist, der Leckage
nach außen
verhindert.
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Die
Distanzbuchsen 5 sind mit der Höhe des Planetenrotorsatzes
so abgestimmt, daß die
Distanzbuchsen 5 genau um den Betrag des geplanten Axialspiels 24 höher sind
als die Höhe
des Planetenrotorsatzes 4. Die Differenz der Höhe zwischen
Distanzbuchsen 5 und Planetenrotorsatz 4 entspricht
dem Axialspiel 24 bei Umgebungstemperatur.
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Die
Pumpenringplatte 6 ist mit den Distanzbuchsen 5 so
abzustimmen, daß die
Pumpenringplatte 6 um den wärmeausdehnungsbetrag (Wärmeausdehnungskoeffizient(Pumpenringplatte)· Höhe(Pumpenringplatte)·Temperatur)
kleiner als die Distanzbuchsen 5 ist. Dies entspricht dem
Dehnungsspalt 15.
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Beim
Zusammenschrauben der Pumpe 1 wird der Pumpendeckel 2 und
der Pumpenflansch 3 auf die Distanzbuchsen 5 aufgepreßt. Es entsteht
zwischen Pumpendeckel 2, Pumpenringplatte 6 und
Pumpenflansch 3 ein Dehnungsspalte 15, der durch
die elastischen O-Ringe 11.1 und 11.2 abgedichtet
wird.
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Der
Werkstoff für
die Distanzbuchsen 5 ist so gewählt, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient immer kleiner
ist als der des Radsatzes 4 und der Pumpenringplatte 6.
Im vorliegenden Fall ist es vorteilhaft als Werkstoff für die Distanzbuchsen 5 einen
Nickelstahl mit 36% Nickel einzusetzen (Invar). Dieser Werkstoff
besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von 0.0000015°C–1,
welcher somit um den Faktur 10 kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient
von Sinterstahl oder Stahl. Vorteilhaft ist es auch, wenn der Radsatz 4 aus
Sinter-Alu Si 14 gebildet wird.
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1.2 zeigt, daß in den
Pumpendeckel 2 auf einem Teilkreis acht Durchgangsbohrungen 13 und
in den Pumpenflansch 3 acht Gewindebohrungen für eine Verschraubung
mittels Schrauben 14 eingebracht sind. In der Pumpenringplatte 6 sind
auf demselben Teilkreis des Pumpendeckels 2 und in gleicher
Position wie die Durchgangsbohrungen 13, die Lagerbohrungen 14 für die Distanzelemente
vorgesehen, welche als Distanzbuchsen 5 ausgebildet sind.
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1.3 zeigt eine Einzelheit
gemäß 1.1, wobei zwischen dem
Pumpendeckel 2 und dem Pumpenflansch 3 eine Pumpenringplatte 6,
ein Planetenrotorsatz 4, bestehend aus einem Außenrotor 16,
Planetenrotoren 17 und einem Innenrotor 7, exzentrisch
gelagert ist. In den Pumpendeckel 2 und den Pumpenflansch 3 ist
eine O-Ringnut 12.1, 12.2 eingearbeitet, in der
ein Dichtring 11.1, 11.2 (O-Ring) eingesetzt ist,
der Leckage nach außen
verhindert. Das Distanzelement 5 weist eine größere Höhe als die
Pumpenringplatte 6, so daß sich ein Dehnungsspalt 15.1, 15.2 ergibt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Pumpe
gemäß
1.1,
1.2 und
1.3 ergeben
sich bei einem Pumpentest folgende Werte:
| Axialspiel
bei 20°C: | 0,05mm |
| Radsatz
aus Sinterstahl: | 20,00mm
hoch |
| Distanzbuchsen
aus Nickelstahl(36% Ni): | 20,05mm
hoch |
| Temperaturdifferenz
130°C | (20
bis 150°C) |
| Ausdehnung
des Radsatzes auf: | 20,0312mm |
| Ausdehnung
der Distanzbuchsen auf: | 20,0539mm |
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Somit
würde bei
150°C ein
Axialspiel von 0,0227mm entstehen.
| Temperaturdifferenz
60°C: | (–40 bis
20°C) |
| Schrumpfung
des Radsatzes auf: | 19,9856mm |
| Schrumpfung
der Distanzbuchse auf: | 20,0482mm |
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Es
entsteht bei minus 40°C
somit ein Axialspiel von 0,0625mm.
ATF-Getriebeöl bei 150°C ca 3,4
mm2/s(cSt)
ATF-Getriebeöl bei –40°C ca 100002 /s(cSt)
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2.1 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform
der Erfindung, welche das gleiche Verhalten der Pumpe 1 gemäß 1 erreicht. Diese Konstruktion
ist optimal für
schmale Radsätze.
Der Pumpendeckel 2 ist mit einem Bund 18 versehen,
der in die Pumpenringplatte 6 hineinragt. Der Bund 18 ist
in die Pumpenringplatte 6 einzupassen. Da der Pumpendeckel 2 auf
den Distanzbuchsen 5 aufsitzt, vergrößert sich die Bundlänge 19 bei
einer Temperaturerhöhung
in Richtung Radsatz 4 und beeinflußt das Axialspiel 24.
Bei der Auslegung des Axialspiels 24 ist die Bundlänge 19 so
anzulegen, daß sich über die
Ausdehnung der Bundlänge 19 des
Pumpendeckels 2 das benötigte
Axialspiel 24 einstellt. Der Pumpendeckel 2 ist
aus Aluminium Druckguß und
der Zahnradsatz aus Stahl oder Sinterstahl. Die Pumpenringplatte 6 besteht
aus Aluminium Druckguß und
die Distanzbuchsen 5 aus Nickelstahl mit 36% Nickel (Invar).
Der Werkstoff des Pumpenflansches 3 hat bei dieser Konstruktion
keinen Einfluß auf
die Ausdehnung. Der Wärmeausdehnungskoeffizient
des Bundes 18 sollte möglichst
hoch sein.
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2.2 zeigt eine Einzelheit
gemäß 2.1
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Es
ergeben sich für
die Erfindungsgemäße Konstruktion
folgende Werte:
Axialspiel 20°C: = 0,04mm
Radsatzbreite:
= 5,0mm
Bundlänge:
= 7,0mm
Distanzbuchsenlänge:
Radsatzbreite + Bundlänge
+ Axialspiel = 12,04
Temperaturdifferenz: = 130°C
Ausdehnung
Distanzbuchsen (Invar):
12,04mm + 12,04mm·0,0000015°C–1·130° C = 12,0423mm
Ausdehnung
Radsatz (Sinterstahl)
5,0mm + 5,0mm·0,000012°C–1·130° C = 5,0078mm
Ausdehnung
Alu-Bundlänge:
7,0mm
+ 7,0mm·0.0000238°C–1·130°C = 7,021mm
Bei
150°C entsteht
somit ein Axialspiel von:
12,0423mm – 5,0078mm – 7,021mm = 0,013 mm
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Eine
weitere konstruktive Möglichkeit
besteht darin, die Pumpenringplatte aus Nickelstahl mit 36% Nickel
(Invar) zu fertigen. Alternativ kann die Pumpenringplatte auch aus
Messing oder Rotguß gefertigt
sein, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient
ungefähr
0.000018°C–1 betragen
würde.
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3.1 zeigt einen Schnitt
durch eine ähnliche
Konstruktion wie 2.1,
wobei bei dieser Konstruktion beide Pumpendeckel 2 und
Pumpenflansch 3 mit einem Bund 18.1, 18.2 versehen
sind. Pumpendeckel 2 und Pumpenflansch 3 sollten
aus Aluminium sein, oder einem Werkstoff mit einem ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Der Wärmeausdehnungs ausdehnungskoeffizienten.
Der Wärmeausdehnungs-koeffizient des
Bundes 18 sollte möglichst
hoch sein.
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3.2 zeigt eine Einzelheit
gemäß 3.1
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4.1 zeigt einen Schnitt
durch eine weitere Konstruktion bei der die Pumpenringplatte 6 und
der Pumpenflansch 3 durch ein kompaktes Pumpengehäuse 20 ersetzt
werden. Der Werkstoff des Pumpengehäuses 20 kann beispielsweise
Grauguß oder
Aluminium Druckguß sein.
Die Tiefe der Lagerbohrungen 21 für die Distanzbuchsen 5 sollte
der Radsatzbreite 22 entsprechen. Durch Variieren der Tiefe
der Lagerbohrungen 21 und der entsprechenden Länge der
Distanzbuchsen 5 kann man zusätzlich Einfluß auf das
Axialspiel 24 nehmen.
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4.2 zeigt eine Einzelheit
gemäß 4.1
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5.1 zeigt eine Ausgestaltung
der Erfindung zu 4.1,
wobei die Tiefe der Lagerbohrung 21 und dementsprechend
die Höhe
des Distanzelementes geringer ist als die Radsatzbreite 22.
Insbesondere bei breiten Radsätzen 4,
beispielsweise > 30mm,
tritt das Problem auf, daß die
Wärmeausdehnungsdifferenz
zwischen dem Material des Radsatzes 4 und des Distanzelementes 5 zu
groß ist,
wodurch das Axialspiel 24 gegen Null gehen würde. Eine
Lösung
ist, daß das
Distanzelement 5 eine geringere Höhe aufweist als die Radsatzbreite 22.
Die Ausdehnung des Distanzelementes 5 läßt sich berechnen als :
L2·(Wärmeausdehnungskoeffizient(Gehäuseuge)·Temperatur
+ L1·(Wärmeausdehnungskoeffizient(Distanzelement)·Temperatur
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5.2 zeigt eine Einzelheit
gemäß 1.1
