DE3243067C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Innenläuferzahnradölpumpe für Kraftfahr­ zeugverbrennungsmotoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An­ spruchs 1.

Eine derartige Ölpumpe ist der Anmelderin als Stand der Technik intern bekannt.

Derartige Pumpen setzen sich in letzter Zeit immer mehr für die Ölver­ sorgung von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren, insbesondere von derar­ tigen Kolbenmotoren durch. Die Verlängerung der Kurbelwelle, die, wie dies vorzugsweise der Fall ist, vom freien Ende der Kurbelwelle gebil­ det ist, aber auch ein gesondertes Teil sein kann, kann unmittelbar das Ritzel antreiben. Das Ritzel kann dabei direkt auf der Kurbelwel­ le sitzen. Bevorzugt sitzt es jedoch an einem gesonderten im Gehäuse der Pumpe ausgebildeten Lagerkragen und wird von der diesen Kragen durchsetzenden Kurbelwelle über Mitnehmer angetrieben. Die Strömungs­ richtung im Zuführkanal verläuft angenähert tangential zur mittleren Umfangsrichtung der Pumpenzahnräder im Saugnierenbereich. Genauer ge­ sagt hat die Projektion der Strömungsrichtung im Zuführkanal am Beginn des Bereichs, in dem dieser in die Saugnieren (Einlaßöffnung der Ar­ beitskammer) übergeht, auf eine Normalebene zur Pumpenachse eine Rich­ tung, die mit der Bewegungsrichtung der Zähne des Ritzels und des Hohlrades in diesem Bereich etwa zusammenfällt.

Bei der bekannten Ölpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, er­ streckt sich der Zuführkanal, der am Anschluß des Ölsaugrohres den gleichen Kreisquerschnitt wie das Ölsaugrohr aufweist, mit sich ver­ jüngendem Kreisquerschnitt zum Beginn der Saugniere. Der Ölzuführka­ nal verläuft von da ab zum Teil vor der Stirnwand der Arbeitskammer und zum Teil über der Umfangsfläche der Arbeitskammer. So umfließt der Ölstrom nicht nur die Stirnfläche des Hohlrades, sondern auch einen Teil der Umfangsfläche des Hohlrades. Die Saugniere, also die Öffnung der Arbeitskammer, erstreckt sich ebenfalls über Stirnwand und Umfang der letzteren.

Die bekannten Ölpumpen haben sich bewährt. Bei ihnen tritt jedoch in­ sofern eine gewisse Problematik auf, als sie beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl, die in einem Fall etwa im Bereich von 3500 Upm liegt, in ihrer Förderleistung (Fördermenge/Zeit) stark abfallen. Oberhalb dieser Drehzahl tritt im Arbeitsraum der Pumpe, also im Be­ reich zwischen den Verzahnungen von Hohlrad und Ritzel eine Schaumbil­ dung auf, die wohl zum Teil darauf zurückzuführen ist, daß wegen des im Ansaugbereich der Pumpe entstehenden Unterdruckes im Öl gelöste Ga­ se wieder aus dem Öl austreten.

Die Förderleistung der Ölpumpe soll jedoch mit wachsender Drehzahl ebenfalls wachsen, da der Ölbedarf des Motors im Betriebsbereich der Drehzahl proportional ist.

Die Erfindung löst die Aufgabe, den dargelegten Nachteil zu beseiti­ gen; insbesondere läßt sie die Förderleistung der Pumpe ohne Erhöhung von deren Abmessungen auch im höheren Drehzahlbereich, wo diese Lei­ stung bisher stark abfiel, weiter, wenigstens stark angenähert propor­ tional der Drehzahl, wachsen und vermeidet weitgehend eine Schaumbildung auch bei höheren Drehzahlen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Weiterbildung gemäß dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser Ausbil­ dung kommt also der Ölstrom mit der Umfangsfläche des Hohlrades nicht mehr in Berührung. Trotz der damit fortfallenden Beschleunigung des Ölstroms durch die Umfangsfläche des Hohlrades wird bei der Erfindung überraschenderweise die oben dargelegte Verbesserung erzielt. Bei Ver­ suchen, in welchen eine Pumpe nach der Erfindung mit einer Pumpe nach dem Stande der Technik verglichen wurde, stellte sich heraus, daß die bei der Pumpe nach dem Stande der Technik bereits bei 3500 Upm auf­ tretende Schaumbildung bei einer Pumpe nach der Erfindung selbst bei 6000 Upm noch nicht auftrat. Ferner war über dem ganzen Drehzahlbe­ reich die Förderleistung der Pumpe nach der Erfindung erhöht. Bei 3000 Umdrehungen betrug die Erhöhung der Fördermenge pro Minute etwa 5%, bei 4000 Umdrehungen etwa 7%, bei 5000 Umdrehungen etwa 10% und bei 6000 Umdrehungen etwa 17%.

Die Anordnung der Saugniere nur in einer Stirnwand der Arbeitskammer ist bei Pumpen mit den Merkmalen a) bis c) des Oberbegriffs des An­ spruchs 1 z. B. aus der US-PS 24 08 716 und den DE-OSen 15 76 345, 29 16 666 und 30 22 419 bekannt. Dort verläuft der Zuführkanal jedoch radial oder axial in hinter den Saugnieren vorgesehenen Mulden, so daß nicht nur die Förderleistung wesentlich geringer ist als bei den durch die Erfindung verbesserten Pumpen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sondern auch der dargelegte Leistungsabfall schon bei relativ niedriger Drehzahl auftritt.

Wenn auch die Erfindung bei unterschiedlichen Zahnausbildungen der Pumpe und auch bei einer Pumpe mit und ohne Füllstück verwendet werden kann, so wird die Pumpe gemäß der Erfindung vorzugweise mit einer füllstücklosen Verzahnung gemäß der DE-OS 30 26 222 ausgebildet.

Dem Grunde nach kann bei der Erfindung der querschnitt des Zuführka­ nals so wie der des Ölsaugrohres kreisförmig sein, wenn sich auch der Bereich über der Saugniere abflachen muß. Das hat jedoch den Nachteil, daß unter Umständen die Baulänge der Pumpe in Richtung ihrer Drehachse etwas erhöht werden muß, was im Kraftfahrzeugbau unerwünscht ist. Da­ her wird bei der Erfindung eine Ausbildung gemäß Anspruch 4 bevorzugt. Diese verbessert nicht nur die Strömungsverhältnisse, sondern kommt auch mit einer geringen Erstreckung des Zuführkanalquerschnitts in Richtung der Pumpenachse aus und erlaubt es dennoch, den Gesamtquer­ schnitt des Zuführkanals fast oder ganz so groß zu halten wie den freien Querschnitt des Ölsaugrohres. Läßt man das Ende des Ölsaugrohrs bereits in den langgestreckten Querschnitt des Zuführkanaleinlasses übergehen, kann ferner auch dann, wenn das Gehäuse, wie das bevorzugt wird, aus einem Teil, welches die ganze Arbeitskammer aufnimmt, und einem zweiten Teil, das nur aus einem flachen Deckel besteht, ausge­ bildet ist, ein Metallkern für den Zuführkanal verwendet werden, der nach dem Guß durch die Anschlußöffnung des Saugrohres aus dem Gehäuse wieder herausgezogen werden kann, ohne daß der Strömungsquerschnitt im Zuführkanal im Abstand von der Anschlußöffnung für das Saugrohr mehr als aus strömungstechnischen Gründen im Bereich des Übergangs in die Saugniere angezeigt, verringert werden muß. Will man zur Verbilligung des Saugrohres dieses bis zum Anschluß an den Zuführkanal mit Kreis­ querschnitt belassen, dann kann auch die Einlaßöffnung des Zuführka­ nals kreisquerschnitt gehalten sein; in diesem Fall sind jedoch erheb­ liche Querschnittsverringerungen im Zuführkanal erforderlich, wenn man die Form des Kanalquerschnitts bis zum Beginn der Niere nicht oder nur wenig ändern will. Es bedarf an sich keiner Erwähnung, daß der Quer­ schnitt des Zuführkanals bis zum Beginn der Saugniere sich nur wenig verringern sollte.

Eine geringe Verringerung schon hier wird allerdings zweckmäßig in Kauf genommen, um einen guten Übergang in den Bereich über der Saug­ niere zu gewährleisten. Insofern ist eine Ausbildung gemäß dem An­ spruch 2 besonders vorteilhaft.

Der Querschnitt des Zuführkanals soll sich natürlich nur stetig än­ dern.

Vorteilhaft ist eine Ausbildung gemäß dem Anspruch 3. Diese erlaubt es, mit relativ geringen Geschwindigkeits- und Richtungsänderungen der Ölströmung im Bereich der Saugniere auszukommen.

Um die Saugniere zweckmäßig groß halten zu können, ist der Zuführka­ nal vorzugsweise gemäß Anspruch 5 ausgebildet.

Eine strömungstechnisch vorteilhafte Ausbildung ist im Anspruch 6 gekennzeichnet.

Nachfolgend ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen als erläuterndes Beispiel beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Ansicht auf eine Pumpe gemäß der Erfindung von der an den Motor anzuflanschenden Seite her mit abgenommenem Ar­ beitskammerdeckel,

Fig. 2 zeigt die Ansicht von unten auf Fig. 1,

Fig. 3 zeigt den Schnitt III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 zeigt einen Schnitt in einer Normalebene zur Pumpenachse durch den mittleren Teil des Pumpengehäuses längs der Linie IV-IV in Fig. 2.

Die Pumpe besitzt, wie aus den Zeichnungen ersichtlich, ein Gehäuse 1, einen in Fig. 1 nicht gezeigten Arbeitskammerdeckel 2, ein mit seiner Umfangsfläche an der Umfangswand der Arbeitskammer 3 gelager­ tes Hohlrad 4 und ein mit seiner Bohrung auf einem einstückig mit dem Gehäuse 1 ausgebildeten Lagerkragen 5 drehbar gelagertes Ritzel 6, das mit dem Hohlrad 4 kämmt und einen Zahn weniger besitzt als das Hohlrad 4. Ferner besitzt die Pumpe noch ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Sicherheitsventil, dessen Aufnahme bei 7 gezeigt ist.

Das Gehäuse 1 wird mit seiner in Fig. 1 dem Beschauer zugekehrten und in Fig. 2 nach oben weisenden Seite derart an den Motor angeflanscht, daß die Ölzuführung durch das in Fig. 1 strichpunktiert gezeigte Saugrohr 9 von unten erfolgt. Nach unten besitzt das Pumpengehäuse 1 ebenfalls eine weitere Flanschfläche 10, mit der es an die Ölwanne angeflanscht ist.

Die in Fig. 2 gezeigten Gewindelöcher 11 dienen der Befestigung des Saugrohres 9. Die übrigen in Fig. 2 gezeigten Löcher 12 dienen der Befestigung an der Ölwanne. Die in Fig. 1 ersichtlichen konzentrisch um die Arbeitskammer 3 angeordneten Gewindelöcher 13 dienen der Befe­ stigung des Arbeitskammerdeckels 2, während die übrigen in Fig. 1 ge­ zeigten Durchgangslöcher der Befestigung des Pumpengehäuses am Motor­ block dienen.

Der Arbeitskammerdeckel 2 sitzt auf der gegenüber der Flanschfläche 15 um etwas mehr als die Dicke des Arbeitskammerdeckels 2 zurückge­ setzten Fläche 16 (Fig. 1) des gegossenen Pumpengehäuses 1 auf und bildet so die zweite Stirnwand der Arbeitskammer 3.

In der zylinderringförmigen Arbeitskammer laufen die beiden Zahnrä­ der 4 und 6 um. Der Antrieb erfolgt mittels des nicht gezeigten Endes der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, welches durch die Bohrung 18 des Lagerkragens 5 ragt und mittels einer nicht gezeigten Mitnehmer­ einrichtung in die vier Durchbrechungen 20 eines vom Ritzel 6 axial abragenden Kragens 21 eingreift und so das Ritzel 6 mitnimmt, welches das Hohlrad 4 antreibt. Gemäß dem Prinzip der Innenzahnradpumpe ist die Drehachse des Ritzels 6 gegenüber der Drehachse des Hohlrades 4 exzentrisch versetzt. Die Stelle tiefsten Zahneingriffs ist in Fig. 1 und Fig. 4 bei 24 angedeutet. Sie ist gegenüber der in Fig. 1 senk­ recht nach unten auf die Flanschfläche 10 weisenden Normalebene durch die Drehachse des Ritzels um einen Winkel von 36° im Sinne der Uhr­ zeigerdrehung in Fig. 1 versetzt. Das erlaubt eine vorteilhafte Füh­ rung des Zuführkanals, der ja von der Flanschfläche 10 ausgeht. Die Drehrichtung der Pumpe ist durch den Pfeil 25 in Fig. 4 angedeutet.

In Fig. 4 und Fig. 1 erkennt man ferner eine Auslaßniere 26, die in der dem Gehäuse 1 angehörenden Stirnwand der Arbeitskammer 3 ausge­ spart ist und zu einem Hohlraum 27 über der Umfangswand der Arbeits­ kammer führt. Von dem Hohlraum 27 erstreckt sich ein Auslaßkanal 28 zu einer Ringnut 29, die einen Teil der Pumpe umläuft und an ihrem in Fig. 1 rechten Ende an einen weiterführenden Druckölkanal des Pumpen­ gehäuses anschließt. Die Nut 29 wird durch das Anflanschen an das Mo­ torgehäuse zu einem geschlossenen Kanal.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, geht das Zuführrohr 9 ein kur­ zes Stück vor dem Anschluß an die Flanschfläche 10 von seinem in Fig. 4 unteren Bereich mit Kreisquerschnitt in ein sich in Fig. 4 senkrecht zur Zeichenebene verjüngendes und nach rechts und links verbreiterndes Profil über, dessen Querschnitt am Ende gleich dem in Fig. 2 ersichtlichen Querschnitt des Einlaßloches 30 ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat das Einlaßloch 30 in Axialrichtung der Pumpe eine Erstreckung, die etwa gleich einem Drittel der Erstreckung die­ ser Öffnung in Fig. 1 und 2 von rechts nach links ist. Die Einlaß­ öffnung hat dementsprechend die Form eines Langloches. Sie ist also von zwei parallelen Flanken begrenzt, die durch halbkreisförmige End­ bereiche miteinander verbunden sind.

In der Ansicht gemäß Fig. 4 ist der Zuführkanal rechts und links durch die Wandteile 31 und 32 begrenzt. Er erstreckt sich hinter die Saugniere 33. Die mittlere Strömrichtung ist in Fig. 4 durch den Pfeil 34 angedeutet. Die in der Ansicht gemäß Fig. 1 und 4 rechte Be­ grenzung des Zuführkanals verläuft noch über eine erhebliche Länge außerhalb der Umfangswand der Arbeitskammer 3 und geht erst bei 36 in den Bereich radial innerhalb der Umfangswand der Arbeitskammer 3. Ebenso geht die linke Begrenzungswand 32 in Fig. 4 des Zuführkanals 37, nachdem sie etwa radial nach innen geführt hat, in die innere Be­ grenzungswand 45 des Kanals 37 und der Saugniere 33 über. Der Zuführ­ kanal mit der Saugniere 33 weist eine verhältnismäßig große Erstrec­ kung in Umfangsrichtung auf. Er erstreckt sich - am Ende allerdings sehr flach werdend - bis auf einen Umfangswinkel von etwa 20° an die der Stelle tiefsten Zahneingriffs gegenüberliegenden Stelle der Ar­ beitskammer 3. Vor dem Übergang (in Fig. 4) hinter die Arbeitskammer 3 verlaufen die beiden Seitenwände 31 und 32 des Zuführkanals etwa parallel zueinander und parallel zu der Ebene, die die Mitte des Rit­ zels mit der Stelle tiefsten Zahneingriffs verbindet. Das wird durch den oben erwähnten Winkel von 36° begünstigt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt die Einlaßöffnung 30 so, daß sie noch die Projektion der Arbeitskammer auf die Flanschfläche 10 in Fig. 2 etwas überdeckt. Der Zuführkanal 37 verengt sich dann jedoch geringfügig so, daß seine in Fig. 2 oben liegende Wand 40 jeweils in die Kante zwischen der Umfangswand und der die Saug- und Druckniere enthaltenden Stirnwand der Arbeitskammer 3 einläuft, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Umfangsfläche des Hohlrades 4 ragt so nicht in den Weg des Ölstroms. Die Wand 40 schließt vielmehr stetig an die in Fig. 2 untere Stirnwand der Arbeitskammer an.

Das Ende 44 des Zuführkanals und damit auch der Saugniere 33 ist ebenfalls in Fig. 2 angedeutet. Der Anschaulichkeit halber ist der Übergang 46 des Kanalwandteils 32 in den Kanal- und Saugnierenwand­ teil 45 in Fig. 2 durch die Linie 47 angedeutet, obwohl dort, wie aus Fig. 4 ersichtlich, ein gerundeter Übergang vorhanden ist.

Die der Seitenwand 40 des Zuführkanals 37 gegenüberliegende Seiten­ wand 42 steigt in Fig. 2 mit weiterem Eindringen hinter die Zeichen­ ebene leicht an, wie dies auch aus dem schräg ansteigenden Übergang der Seitenwand 42 in die Wand 31 (gestrichelte Linie) ersichtlich ist.

Wie insbesondere die Linie 34 erkennen läßt, strömt das Öl bei der Konstruktion nach der Erfindung tangential in Bezug auf den Raum zwi­ schen den beiden Zahnrädern in die Saugniere 33 ein und kann, da sich die Tiefe des Zuführkanals in Fig. 4 senkrecht zur Zeichenebene ste­ tig vom in Fig. 4 unteren Ende zum oberen Ende hin gegen Null verrin­ gert, ohne wesentliche Verluste und Verwirbelungen in die Lücken zwi­ schen den Zähnen der rotierenden Zahnräder eintreten, um von dort weiter transportiert zu werden.

Die Druckniere ist hier nicht näher beschrieben. Auch sie bedarf na­ türlich einer günstigen Auslegung. Die vorliegende Erfindung befaßt sich jedoch mit der Ausbildung des Zuführkanals und der Saugniere.

Wie insbesondere Fig. 2 erkennen läßt, erlaubt es die Erfindung trotz geringer Erstreckung des Zuführkanals in Richtung der Pumpenachse, mit sehr hohem Kanalquerschnitt und ohne die Strömung störende Unste­ tigkeiten das Öl durch die Saugniere dem Raum zwischen den Zahnrädern zuzuleiten.

Für die reine Funktion der Saugniere als Zuführöffnung für Öl in die Zwischenräume zwischen den Zähnen würde es genügen, wenn der in Fig. 4 radial äußere Rand der Saugniere mit dem Zahnfußkreis des Hohlra­ des zusammenfiele. Um einen möglichst ungestörten Zustrom des Öls in die Saugniere zu ermöglichen, ist wegen der großen Breite des Zuführ­ kanals in Fig. 4 von rechts nach links der radial äußere Randteil 50 der Saugniere und des Zuführkanals so angeordnet, daß er lediglich im in Umlaufrichtung letzten Teil der Saugniere radial innerhalb der Um­ fangswand der Arbeitskammer liegt und sich dem genannten Fußkreis nä­ hert. Über dem Großteil des Umfangs der Saugniere liegt die Außen­ wand 31 des Zuführkanals 37 außerhalb der Umfangswand der Arbeitskam­ mer. Dieser Nierenrand bzw. diese Zuführkanalwand verläuft also ste­ tig gekrümmt stufenlos radial (in Bezug auf die Pumpenachse) von aus­ sen nach innen in Richtung des Ölflusses gesehen.

Claims (7)

1. Innenläuferzahnradölpumpe für Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren mit folgenden Merkmalen

• a) Das das Hohlrad (4) und das Ritzel (6) der Pumpe in einer Arbeits­ kammer (3) aufnehmende Pumpengehäuse (1) ist an die Stirnseite des Motors anflanschbar und besitzt einen Durchtritt (18) für eine Verlängerung der Kurbelwelle, welche das koaxial zur Kurbelwelle angeordnete Ritzel (6) durchsetzt und antreibt.
• b) Im Gehäuse (1) verläuft ein an ein Ölsaugrohr (9) anschließbarer Zuführkanal (37), der durch eine die Wandung der Arbeitskammer (3) durchsetzende Saugniere (33) in die Arbeitskammer (3) mündet.
• c) Im Gehäuse (1) verläuft ferner ein Abführkanal (28, 29) für das ge­ förderte Öl von der Arbeitskammer (3) zu einem entsprechenden An­ schluß.
• d) Der Zuführkanal (37) verläuft zumindest in seinem arbeitskammerna­ hen Teil angenähert in einer Normalebene zur Rotationsachse der Pumpe.
• e) Die Strömungsrichtung im Zuführkanal (37) verläuft angenähert tan­ gential zur mittleren Umfangsrichtung der Pumpenzahnräder (4, 6) im Saugnierenbereich (33)

dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Zuführkanals (37) zum Ende der Saugniere (33) hin stetig abnimmt, und daß die Saugniere (33) ausschließlich in einer Stirnwand der Arbeitskammer (3) ausgespart ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung des Zuführkanals (37) in Axialrichtung der Pumpe sich vom Saugrohranschluß zum Beginn der Saugniere (33) hin verringert.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Zuführkanals (37) sicht stetig bis auf Null verringert.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung des Querschnitts des Ölzuführkanals (37) in Richtung der Pumpenachse ein Bruchteil der Erstreckung des Querschnitts des Zuführkanals (37) senkrecht zu dieser Richtung, vorzugsweise etwa ein Drittel bis ein Fünftel derselben ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der radial äußere Rand (50) des Zuführkanals (37) auf dem Großteil der Länge der Saugniere (33) im Bereich des äußeren Randes (50) der Arbeitskammer (3) verläuft.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der radial (in Bezug auf die Pumpenachse) äußere Rand (31, 50) des Zuführkanals (37) im Bereich des Anfangs der Saugniere (33) in radial er­ heblichem Abstand außerhalb der Umfangswand der Arbeitskammer (3) verläuft, sich dann stetig der Umfangswand nähert und schließlich in seinem letzten Bereich (bei 36) radial innerhalb der Umfangswand verläuft und in dem Bereich des Fußkreises des Hohlrades endet.