DE3737961A1 - Innenzahnradpumpe - Google Patents
InnenzahnradpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit einem
treibenden Ritzel und einem Hohlrad, bei der auf der Druck
seite die nacheilenden Flanken der Zähne des Ritzels (Dicht
flanken des Ritzels) mit den entsprechenden Gegenflanken des
Hohlrades (Dichtflanken des Hohlrades) im Bereich zwischen
dem Schnittpunkt der Kopfkreise und dem Wälzpunkt mit einem
Überdeckungsgrad größer 2 in Eingriff sind.
Derartige Innenzahnradpumpen dienen als Regelpumpen für
Hydraulikflüssigkeiten. Sie sind in dieser Ausgestaltung mit
einer Vielzahl von Auslaßöffnungen versehen, deren Teilung
kleiner oder gleich der Zahnteilung ist. Diese Auslaßöff
nungen münden sämtlichst oder gruppenweise in einen gemein
samen Druckkanal und - mit allenfalls einer Ausnahme - sind
sämtliche Auslaßöffnungen einer Gruppe durch Rückschlagventil
verschlossen.
In dieser Ausgestaltung hat die Innenzahnradpumpe eine
Fördercharakteristik, die nur bis zu einer bestimmten Dreh
zahl drehzahlabhängig ist. Über dieser Drehzahl ist die
Förderung konstant. Die Schwelldrehzahl kann durch Verstel
lung einer Drossel im Zulauf verstellt werden.
Eine derartige Innenzahnradpumpe ist bekannt durch die
DE-OS 34 44 859. Diese Innenzahnradpumpe hat gegenüber
üblichen Innenzahnradpumpen die Besonderheit, daß ein Über
deckungsgrad von mindestens 2 besteht, so daß die Innenzahn
radpumpe mindestens zwei, vorzugsweise jedoch drei oder mehr
gegeneinander abgeschlossene Zahnzellen auf der Saug- und
Druckseite bildet.
Gegenüber allen anderen bekannten Regelpumpen, deren Förder
charakteristik keine drehzahlabhängige Förderung zeigt bzw.
deren Förderung drehzahlunabhängig einstellbar ist, hat die
bekannte Innenzahnradpumpe den Vorteil der robusten Bauweise,
bei der die Fördercharakteristik ohne zusätzlichen mecha
nischen Aufwand einstellbar ist. Mit besonderem Vorteil
werden derartige Regelpumpen zum Antrieb durch Kraftfahrzeug
motoren eingesetzt, deren Drehzahl stark schwankt. Sie dienen
dort als Hydraulikpumpen oder Schmierölpumpen, da bei diesen
Pumpen die maximale Fördermenge ohne Leistungsverlust bei
einer bestimmten, relativ niedrigen Drehzahl begrenzt werden
kann.
Bei solchen Innenzahnradpumpen wurde bei bestimmten Betriebs
verhältnissen eine starke Geräuschbildung und Druckschwankung
beobachtet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Geräusche und
Druckschwankungen herabzusetzen. Die Lösung ergibt sich aus
dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß die zwischen
den in Eingriff befindlichen Zähnen gebildeten Zahnzellen
jeweils eine Doppelkammer bilden. Nach der Erfindung wird die
in Laufrichtung des Ritzels voreilende Kammer einer Zahnzelle
im Druckbereich, insbesondere im letzten Teil des Druckbe
reiches, in hydraulisch gut leitende, möglichst ungedrosselte
Verbindung mit der nacheilenden Kammer der Zahnzelle ge
bracht. Durch diese Maßnahme läßt sich ein ruhiger Lauf der
Zahnradpumpe mit druckschwankungsfreier Förderung erreichen.
Die Aussparungen können z.B. in eine Stirnseite des Ritzels
eingebracht werden. Dabei genügt jedoch eine Aussparung von
axial geringer Tiefe, damit gewährleistet bleibt, daß die
Drehmomentübertragung der treibenden Flanken ohne unzulässige
Flächenpressung und ohne unzulässigen Verschleiß erfolgen
kann.
Es ist weiterhin möglich, die Laufruhe dadurch zu verbessern,
daß die Fußräume des Ritzels und/oder des Hohlrades gegenüber
der Normalverzahnung vergrößert werden, z.B. durch Einfräsen
einer zur Zahnradachse parallelen Nut (Anspruch 2).
Statt der Aussparung an der Stirnfläche kann in Längsrichtung
der Treibflanke auch eine oder mehrere Nuten von begrenzter
axialer Länge vorgesehen werden, die sich im wesentlichen vom
Kopf bis zum Fuß des jeweiligen Zahnes erstrecken.
Der guten hydraulischen Verbindung zwischen der voreilenden
und der nacheilenden Kammer einer Doppelzelle dient es auch,
wenn - wie weiterhin vorgeschlagen - die treibenden Flanken
der Zähne des Ritzels (3) (Treibflanken des Ritzels) und die
entsprechenden Gegenflanken der Zähne des Hohlrades (1)
(Treibflanken des Hohlrades) auf der Saugseite der Pumpe
einen geringeren Überdeckungsgrad aufweisen als die Dicht
flanken auf der Druckseite. Dabei ist der Überdeckungsgrad
der Dichtflanken vorzugsweise gleich oder größer als 3,
während der Überdeckungsgrad der Treibflanken zwischen 1 und
2 liegt. Hierdurch gelingt es weiterhin, den Leistungsbedarf
der bekannten Innenzahnradpumpe weiter herabzusetzen.
Die Profilüberdeckung einer Verzahnung stellt das Verhältnis
der Eingriffslänge zur Teilung dar. Die Profilüberdeckung ist
bei einer Zahnradpumpe neben anderen Faktoren auch maßgebend
für die Dichtwirkung der dichtenden Zahnflanken. Abweichend
von dem fachtechnischen Begriff der Profilüberdeckung gibt im
Rahmen dieser Anmeldung die Überdeckung die Anzahl der Zahn
paare auf der Saug- bzw. Druckseite an, die miteinander
durchschnittlich in Eingriff stehen, d.h. sich berühren oder
mit geringem, die Dichtung bewirkenden Flankenspiel gegen
überstehen.
Diese Lösung ist insbesondere im Niederdruckbereich - bis
ca. 20 bar - und insbesondere im Automobilbereich von großem
Vorteil, wo es darauf ankommt, bei relativ niedrigen Dreh
zahlen eine maximale Fördermenge zu erreichen, dabei aber die
Leerlaufleistung und insbesondere mechanische Leistungsauf
nahme der Pumpe gering zu halten. Ein bevorzugtes Anwendungs
gebiet sind Schmierölpumpen, die im Sumpf des Kraftfahrzeug
motors angeordnet sind.
Die vorgeschlagene Lösung beinhaltet, daß die Zahnflanken des
Ritzels und/oder die Zahnflanken des Hohlrades auf der trei
benden Seite und der dichtenden Seite nicht spiegelsymme
trisch hergestellt sind. Wesentlich ist, daß die Zahnflanken
der treibenden Seite nur einen verhältnismäßig geringen
Bereich haben, in dem die treibenden Flanken von Ritzel und
Hohlrad miteinander in Eingriff geraten können (Eingriffs
bereich). Dieser Eingriffsbereich liegt - für Ritzel und
Hohlrad gleichermaßen - zwischen Wälzkreis und Kopfkreis und
beginnt jeweils am Wälzkreis.
Außerhalb dieses Eingriffsbereichs können die durch übliche
Verzahnungsverfahren entstandenen Zahnflanken abgetragen oder
derart deformiert werden, daß kein Zahneingriff entsteht. Die
hier vorgeschlagene, unsymmetrische Zahnform läßt sich vor
teilhafterweise auch in einem Sinterverfahren herstellen, da
hier eine entsprechende Formgebung ohne nachträgliche,
mechanische Bearbeitung möglich ist.
Vorzugsweise wird der Eingriffsbereich so groß gewählt, daß
der Überdeckungsgrad zwischen 1 und 2 liegt. Mit diesem rela
tiv geringen Überdeckungsgrad ergibt sich einerseits eine
erhebliche Minderung der mechanischen Leistungsaufnahme.
Andererseits tritt bei diesem Überdeckungsgrad insbesondere
bei Hydraulikpumpen des Niederdruckbereichs kein unzulässiger
Verschleiß auf.
Der Druckausgleich zwischen den Kammern einer Doppelzelle
wird auch durch die Druckanstiegsgeschwindigkeit in der
voreilenden Zelle beeinflußt. Je geringer die Druckanstiegs
geschwindigkeit ist, desto einfacher ist der Druckausgleich
zu bewerkstelligen. Dies beruht darauf, daß die Zahnzellen im
Bereich des Totpunktes sehr eng werden und sich dort sehr
hohe Strömungsgeschwindigkeiten ergeben. Es wird daher zur
Lösung dieses Problems weiterhin - bevorzugt in Kombination
mit der zuvor genannten Lösung - vorgeschlagen, den Grund der
Zahnlücken des Hohlrades zwischen Fußkreis und Wälzkreis
erheblich im Querschnitt zu erweitern. Der Grund der Zahn
lücke kann in diesem Bereich einen im wesentlichen kreisför
migen Querschnitt erhalten.
Der Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeiten und der
dadurch bedingten Leistungsaufnahme dient allein oder in
Kombination mit den anderen Maßnahmen dieser Erfindung auch,
daß die Auslaßöffnungen zwischen der Eingriffslinie und dem
Außenumfang des Hohlrades, vorzugsweise zwischen Eingriffs
linie und Fußkreis des Hohlrades angelegt werden, wobei zur
Eingriffslinie hin lediglich ein schmaler Dichtsteg erhalten
bleibt. Dabei wird der Querschnitt der Öffnungen im wesent
lichen dem Querschnitt der Zähne des Hohlrades angepaßt
abzüglich eines schmalen Dichtstreifens. Der Querschnitt
eines Zahnes überdeckt also die Auslaßöffnung vollständig,
wobei aber der Flächeninhalt der Auslaßöffnung möglichst nahe
an den Flächeninhalt des Zahnquerschnitts herankommt. Sämt
liche mit einer Zahnzelle kämmenden Auslaßöffnungen werden
daher zwar durch den Zahnquerschnitt des Hohlrades überdeckt
und daher stets voneinander getrennt, so daß kein Kurzschluß
zwischen den Zahnzellen über die Auslaßöffnungen entstehen
kann. Andererseits überdecken die Öffnungen jedoch groß
flächig die entstehenden Zahnzellen.
Um diese großflächige Überdeckung weiterzufördern, sind die
Auslaßöffnungen über den Fußkreis des Hohlrades hinaus
geführt und der Grund der Zahnlücken ist durch eine ent
sprechende Abschrägung zwischen Stirnseite und Zahngrund
trichterförmig erweitert. Auch hierdurch ergibt sich eine
Verminderung der Drosselverluste.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 den Radialschnitt des Ausführungsbeispiels mit
Auslässen, die auf beiden Stirnseiten des Pumpenge
häuses angeordnet sind, wobei die Auslaßöffnungen
der einen Seite gegenüber den Auslaßöffnungen der
anderen Seite um jeweils eine halbe Teilung versetzt
sind;
Fig. 2 den Axialschnitt durch das Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 den Axialschnitt (teilweise) durch das Hohlrad.
In dem Gehäuse 31 ist das Außenrad 1 frei drehbar gelagert.
Das Außenrad 1 besitzt eine Innenverzahnung 2. Das zylin
drische Gehäuse 31 wird beidseitig durch die Deckel 32 und 33
abgeschlossen. In dem Deckel 32 ist die Welle 34 drehbar
gelagert und durch den nicht dargestellten Kraftfahrzeugmotor
angetrieben. Auf der Welle 34 ist drehfest gelagert das
Innenrad 3. Das Innenrad 3 besitzt eine Außenverzahnung 4,
die mit der Innenverzahnung 2 des Außenrades 1 in Eingriff
ist. Der Innenraum der Pumpe, der außerhalb des Zahneingriffs
liegt, kann durch eine Sichel ausgefüllt sein, die sich den
Kopfkreisen der Zahnräder weitgehend anschmiegt. In dem Deckel
33 befindet sich der Einlaßkanal 35 (s. auch Fig. 2). Der
Einlaßkanal 35 steht mit dem Sumpf 36 über eine Drossel 37 in
Verbindung. In einem Bypass 38, der parallel zu dem Drossel
kanal 37 geschaltet ist, befindet sich ein Druckregelventil
39. Der Kolben 40 des Druckregelventils steuert mit seiner
Steuerkante 41 die Öffnung des Bypasskanals 38 zum Sumpf 36.
Der Kolben ist auf der einen Seite mit einer Feder 42 bela
stet. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der Kolben im
Steuerraum 43 mit dem Auslaßdruck im Druckkanal 56 über
Steuerleitung 44 beaufschlagt. Auf die Auslaßseite der Pumpe
wird später eingegangen. Die Funktion des Druckregelventils
39 in seiner Abhängigkeit vom Auslaßdruck wird nachfolgend
beschrieben. Solange kein oder nur ein geringer Auslaßdruck
in der Steuerleitung 44 und dem Steuerraum 43 herrscht, gibt
der Kolben mit seiner Steuerkante den Durchfluß vom Eingang
45 zum Auslaß 46 frei. Es kann nunmehr Schmieröl aus dem
Sumpf 36 in unbegrenzter Menge zur Pumpe sowohl über die
Drossel 37 als auch Bypasskanal 38 fließen. Wenn der Druck im
Steuerraum 43 ansteigt und die Federkraft überwindet, so wird
am Druckregelventil 39 der Einlaß 45 gegenüber dem Auslaß 46
zum Teil oder vollständig verschlossen. Nunmehr fließt ledig
lich noch ein gedrosselter Schmierölstrom über die Drossel 37
und ggf. über das Druckregelventil 39 vom Sumpf 36 zum Einlaß
35 der Pumpe. Steigt der Auslaßdruck noch weiter an, so wirkt
das Druckregelventil als Druckbegrenzungsventil. Die Feder 42
wird so weit zusammengedrückt, daß die vordere Steuerkante 47
die Druckleitung 44 gegenüber dem Auslaß 46 zum Sumpf
öffnet.
Zur Auslaßseite der Pumpe:
Die Pumpe bildet - wie Fig. 1 zeigt - auf der Auslaßseite
zwischen den miteinander kämmenden Zähnen des Außenrades 1
und Innenrades 3 drei in Umfangsrichtung und Axialrichtung
abgeschlossene Zellen, die über Einlaßkanal 35 mit Öl ganz
oder teilweise gefüllt worden sind. In den Deckel 33 sind
drei Auslaßöffnungen 48.1, 48.3, 48.5 eingebracht. In den
Deckel 32 sind zwei Auslaßöffnungen 48.2, 48.4 eingebracht.
Die Auslaßöffnungen des Deckels 33 sind gegenüber den Auslaß
öffnungen des Deckels 32 versetzt angeordnet. In der Projek
tion auf eine Normalebene überdecken sich die Auslaßöffnungen
im Deckel 33 bzw. 32 nicht - wie Fig. 1 zeigt. Die Auslaßöff
nungen schmiegen sich mit ihrer radial inneren Kante 27
(Innenkante) eng an die Eingriffslinie 11 an, und zwar
derart, daß zwischen der Eingriffslinie 11 und der Innenkante
27 lediglich ein schmaler, jedoch für die Abdichtung ausrei
chend dichtender Dichtsteg 28 stehenbleibt. Die Breite der
Auslaßöffnungen 48.1 bis 48.5 ist so gewählt, daß die Auslaß
öffnungen von dem Querschnitt der Zähne 2 des Hohlrades 1 bei
entsprechender Stellung der Zähne überdeckt werden, wobei in
Umfangsrichtung ebenfalls ausreichende Dichtflächen stehen
bleiben. In der radialen Höhe erstrecken sich die Auslaßöff
nungen bis in den Bereich des Außenumfangs des Hohlrades und
jedenfalls bis zum äußersten Bereich, mit dem der Grund der
Zahnlücken des Hohlrades 1 auf der Stirnfläche der Deckel 32,
33 mündet.
Zur Ausgestaltung des Grundes der Zahnlücken im Hohlrad 1
ergibt sich aus den Fig. 1 und 3 folgendes:
Die Zähne des Hohlrades werden nach einem Verzahnungsgesetz
hergestellt, auf das später noch eingegangen wird. Dieser
mach dem Verzahnungsgesetz entstehende ideale Zahnlückengrund
ist für eine Zahnlücke punktiert eingezeichnet und mit 29
bezeichnet. Dieser Zahnlückengrund wird jedoch bei allen
Zahnlücken und über die gesamte axiale Länge der Zahnlücken
wesentlich erweitert und in den Ausführungsbeispielen durch
Zahnlückengrund 30 gebildet. Zahnlückengrund 30 stellt in den
Ausführungsbeispielen den halben Mantel eines Kreiszylinders
dar, dessen Achse jeweils auf der Symmetrieebene der Zahn
lücke und im wesentlichen auf dem Wälzkreis oder geringfügig
radial außerhalb des Wälzkreises 7 des Hohlrades liegt.
Darüber hinaus ist der Zahnlückengrund an seinen beiden Enden
noch einmal mit einer trichterförmigen Erweiterung 26 verse
hen. Die trichterförmige Erweiterung 26 erstreckt sich radial
bis nahezu an den Außenumfang des Hohlrades. Die trichterför
mige Erweiterung 26 kann sich auch in Umfangsrichtung
erstrecken. Sie liegt jedoch jedenfalls radial außerhalb des
Wälzkreises 7 des Hohlrades 1. Wenn bei einer erfindungsge
mäßen Pumpe der Ölaustritt nur einseitig vorgesehen wird,
so befindet sich auch die trichterförmige Erweiterung nur an
der betreffenden Seite.
Die zuvor geschilderten Auslaßöffnungen 48.1 bis 48.5 er
strecken sich nun radial jedenfalls so weit nach außen, daß
sie auch die trichterförmigen Erweiterungen 26 auf den Stirn
seiten des Außenrades 1 überdecken.
Im Schnitt nach Fig. 2 ist in jedem Deckel 32, 33 nur eine
dieser Auslaßöffnungen zu sehen. Diese Auslaßöffnungen sind
dort mit 48 bezeichnet. Jede der Auslaßöffnungen steht mit
einem in den Deckel 32, 33 gebohrten Auslaßkanal 49 in Ver
bindung. Der Auslaßkanal ist jeweils auch radial nach außen
gerichtet, wie Fig. 2 zeigt. Daher mündet jeder Auslaßkanal
49 auf der Außenseite des Deckels 32 bzw. 33 möglichst nah am
Gehäuse 31. Auf jeden Deckel 32, 33 ist je ein Auslaßgehäuse
50 druckdicht aufgesetzt. Jedes Auslaßgehäuse 50 bildet eine
Auslaßkammer, die auf einer Seite mit den Auslaßöffnungen
48.1, 48.3, 48.5 und auf der anderen Seite mit den Auslaßöff
nungen 48.2, 48.4 jeweils über einen Druckkanal 49 und eine
Bohrung 52 in Verbindung steht. Die Bohrungen 52 (vgl. Fig.
1) sind jeweils durch ein Rückschlagventil verschlossen, mit
Ausnahme derjenigen Bohrung, die mit der Auslaßöffnung 48.5
in Verbindung steht. Die Auslaßöffnung 48.5 liegt am Ende der
Druckzone unmittelbar vor dem Wälzpunkt. Beide Auslaßkammern
sind mit dem gemeinsamen Druckkanal 56 verbunden.
Die Rückschlagventile auf beiden Seiten werden gebildet durch
je ein n-förmiges Blech, das gegen die Wand 53 des Auslaßge
häuses 50 geschraubt ist. Die von dem gemeinsamen Querbalken
55 des Rückschlagventils 54 abstehenden Zungen verdecken die
Bohrungen 52. Daher wirken diese Zungen als Rückschlagven
tile. Jedes Rückschlagventil gibt die Verbindung von der
jeweiligen, zwischen den Zähnen gebildeten Druckzelle über
eine der Auslaßöffnungen 48, Druckkanäle 49 und Bohrungen 52
nur frei, wenn der Druck der Auslaßzelle dem Auslaßdruck in
der Auslaßkammer 51 zumindest gleich ist. Die letzte und
kleinste Druckzelle steht über Öffnung 48.5 und entsprechende
Kanäle 49, 52 direkt mit der Auslaßkammer in Verbindung.
Jede Auslaßkammer 51 hat einen Auslaß, der in den gemeinsamen
Druckölkanal 56 führt.
Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, ist eine Stirnflanke des
Ritzels mit Ausnehmungen 68 versehen. Zum Druckausgleich
bzw. zur Vermeidung von Druckkräften besitzt vorzugsweise
auch die andere Flanke gleich große Ausnehmungen. Ferner
besitzt das Ritzel auf dem Zahngrund Längsnuten 69, die sich
parallel zur Ritzelachse erstrecken. Die Längsnuten erstrec
ken sich über die gesamte Breite des Ritzels. Die Ausneh
mungen 68 erstrecken sich nur über einen geringen Teil der
Breite des Ritzels. Dadurch wird gewährleistet, daß die Trag
kraft der treibenden Flanken erhalten und die Drehmomentüber
tragung ohne unzulässige Flächenpressung und ohne unzuläs
sigen Verschleiß ermöglicht wird. Die Aussparung 68 erstreckt
sich hier als Teilfläche eines Kreises vom Grund der Längsnut
69 bis zum Kopf eines jeden Ritzelzahns.
Fig. 2A zeigt in Vergrößerung die Ansicht einer Zahnflanke
bei einem Radialschnitt des Ritzels durch den Zahngrund.
In Fig. 1 ist zu sehen, daß auf der Druckseite die Zahnlücken
mit ihren Dichtflanken eine S-förmige Zahnzelle bilden. Diese
Zahnzelle besteht aus einer kleineren Zahnzelle 70 und einer
größeren Zahnzelle 71. Beim Eintauchen der Zähne in die
Kammern 70 bzw. 71 findet eine Volumenverkleinerung mit
unterschiedlicher Geschwindigkeit statt. Die Ausnehmungen 68
ermöglichen den Ölfluß, der hierdurch entsteht, und verhin
dern, daß in dem Kanal unterschiedliche Drücke und zu hohe
Drücke auftreten. Wie sich auch aus dem folgenden ergibt,
sind die Aussparungen lediglich auf den Treibflanken des
Ritzels angeordnet. Daher wird die Dichtwirkung der Dicht
flanken durch diese Aussparungen nicht berührt.
Zusätzlich oder alternativ können auch die Treibflanken des
Hohlrades derartige Ausnehmungen aufweisen. In Fig. 1 ist
eine solche Ausnehmung 72 lediglich an einem der Zähne darge
stellt, wobei zu bemerken ist, daß die anderen gleichartigen
Ausnehmungen lediglich zur Erhaltung der Übersichtlichkeit
der Zeichnung fortgelassen sind. Anhand der dargestellten
Ausnehmung 72 ist ersichtlich, daß die Ausnehmungen am Hohl
rad relativ schmal sein müssen, so daß gewährleistet bleibt,
daß die Zähne des Hohlrades die Auslässe vollständig über
decken und ein Kurzschluß zwischen aufeinanderfolgenden
Auslässen vermieden wird.
Daher muß in Rechnung gestellt werden, daß die Ausnehmungen
an den Zähnen des Hohlrades nur eine eingeschränkte Wirksam
keit besitzen.
In jedem Falle sind die Zähne des Hohlrades 1 unsymmetrisch
ausgeführt. Zunächst werden beide Flanken eines jeden Zahnes
nach einem speziellen Verzahnungsgesetz gebildet. Dieses
Verzahnungsgesetz gewährleistet, daß ein hoher Überdeckungs
grad besteht, der größer als 2, vorzugsweise größer als 3
ist. Dadurch wird bewirkt, daß die Zähne in annähernd dem
gesamten Drehbereich zwischen dem Schnittpunkt der beiden
Kopfkreise 5 und 9 und dem Wälzpunkt in Eingriff miteinander
sind und daß infolgedessen mehr als zwei Zahnzellen durch
jeweils zwei aufeinanderfolgende Zahnpaarungen gebildet
werden. Diese Zahnzellen sind in Umfangsrichtung gegenein
ander abgeschlossen. Dieses Verzahnungsgesetz schließt ein,
daß auch die treibenden Flanken von Innenrad 3 und Außenrad 1
einen entsprechend großen Überdeckungsgrad aufweisen. Es ist
nun vorgesehen, daß auf der treibenden Seite der Zähne der
Überdeckungsgrad geringer ist als auf der dichtenden Seite der
Zähne. Das bedeutet:
Die Zahnflanken, die in der Druckzone zwischen dem Schnitt
punkt der Kopfkreise und dem Wälzpunkt dichtend aufeinander
liegen und die gegeneinander abgeschlossenen Zahnzellen
bilden, werden nach dem zuvor geschilderten Verzahnungsgesetz
hergestellt. Diese Flanken sind im Rahmen dieser Anmeldung
als Dichtflanken bezeichnet.
Die Flanken der Zähne von Hohlrad 1 und Ritzel 3, die der
Drehmomentübertragung zwischen Innenrad 3 und Hohlrad 1
dienen (treibende Flanken) sind jedoch mit einem geringeren
Überdeckungsgrad hergestellt, der vorzugsweise zwischen 1 und
2 liegt. Dies geschieht dadurch, daß von den treibenden
Flanken des Außenrades 1 und/oder des Innenrades 3 lediglich
ein Teilbereich nach dem Verzahnungsgesetz hergestellt ist
(Eingriffsbereich der Flanke). Der Eingriffsbereich 64 der
Treibflanken des Hohlrades erstreckt sich vom Wälzkreis 7 des
Hohlrades radial ein geringes Stück nach innen. Mit 65 ist
der Querschnittsbereich bezeichnet, um den die treibende
Flanke des Hohlrades von dem durch Verzahnung hergestellten
Profil abweicht.
Der Eingriffsbereich 66 der Treibflanken des Innenrades 1
erstreckt sich von dem Wälzkreis 8 radial ein Stück nach
außen. Mit 67 ist der Querschnittsbereich des Zahnkopfes
bezeichnet, um den die treibende Zahnflanken des Innenrades 3
gegenüber dem idealen Verzahnungsprofil zurückweichen.
Es können - wie gesagt - entweder die Treibflanken des Hohl
rades oder die Treibflanken des Ritzels oder beide mit derar
tigen Aussparungen 65 bzw. 67 versehen werden. Die letztge
nannte Lösung hat den Vorteil, daß auch auf der Saugseite der
Pumpe nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten entstehen. Der
nach dem Verzahnungsgesetz gebildete Eingriffsbereich 64 der
Treibflanken des Hohlrades und/oder des Innenrades ist so
bemessen, daß einerseits jedenfalls stets mindestens eine
Zahnpaarung von Hohlrad und Innenrad miteinander in Eingriff
stehen, daß aber andererseits weniger Zahnpaarungen auf der
Treibseite in Eingriff stehen als auf der Dichtseite.
Vorzugsweise ist der Überdeckungsgrad auf der Eingriffsseite
durch entsprechend kurze Gestaltung der Eingriffsbereiche
nicht größer als 2.
Zur Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2
(Schmierölpumpe):
Bei niedrigem Druck in der Auslaßkammer 51 verschiebt die
Feder 42 den Kolben 40 - in Fig. 2 - nach links. Die Pumpe
wirkt nun wie eine normale Innenzahnradpumpe. Der Schmieröl
strom fließt über Drossel 37 und Bypasskanal 38 zum Einlaß.
Sämtliche Zahnlücken werden maximal gefüllt und auf der Aus
laßseite wieder ausgedrückt. Der Grad der Füllung hängt davon
ab, wie weit auch der Bypass 38 gedrosselt ist. Hierauf wird
später noch eingegangen. Bei niedrigen Drehzahlen erfolgt
jedenfalls eine vollständige Füllung.
Dieser Betriebszustand bleibt bei niedrigen Drehzahlen des
Kraftfahrzeugmotors erhalten. Daher ist der Schmierölstrom
dem Bedarf entsprechend der Drehzahl proportional.
Wenn bei steigender Drehzahl der Druck in dem Druckkanal 56
steigt, so wird durch Druckregelventil 39 zunächst der Bypass
38 verschlossen oder doch stark gedrosselt. Es gelangt
nunmehr im wesentlichen nur noch ein gedrosselter Ölstrom
über Drossel 37 auf die Einlaßseite. Daher werden die Zahn
lücken auf der Einlaßseite lediglich noch teilgefüllt. Im
übrigen herrscht in den Zahnlücken ein Vakuum. Das hat zur
Folge, daß der Druck in den Zahnzellen auf der Auslaßseite
zunächst niedriger als der Druck in der Auslaßkammer 51 ist.
Daher bleiben die jeweiligen Zungen des Rückschlagventils 54
geschlossen. Mit fortschreitender Verkleinerung der Zellen
auf der Auslaßseite steigt der Druck in den Zellen jedoch
an. Es öffnet jeweils nur die Zunge des Rückschlagventils,
für die der Druck der Zelle größer oder gleich dem Druck in
der Auslaßkammer 51 ist. Das hat zur Folge, daß die Pumpe
nunmehr lediglich noch eine drehzahlunabhängige, konstante
Ölmenge liefert. Es ist daher auch bei steigender Drehzahl
nicht erforderlich, eine überschießende Ölmenge unter ent
sprechenden Leistungsverlusten abzuführen, wie dies bei her
kömmlichen Systemen der Fall ist. Wenn andererseits der
Schmierölbedarf steigt, z.B. infolge Verschleiß, so wird der
Schwelldruck in der Steuerdruckkammer 43 erst bei höherer
Drehzahl erreicht. Daher wird auch der Bypass 38 erst später
verschlossen. Das hat zur Folge, daß die Schmierölpumpe sich
automatisch einem gesteigerten Bedarf anpaßt. Die Schmieröl
pumpe wird daher während der gesamten Lebensdauer des Kraft
fahrzeugmotors dem sich steigernden Schmierölbedarf gerecht.
Andererseits arbeitet die Schmierölpumpe auch bei neuem Motor
mit relativ geringem Schmierölbedarf wirtschaftlich, da bei
dieser Schmierölpumpe vermieden wird, daß ein nicht benötig
ter Förderanteil verlustbehaftet wieder in den Sumpf zurück
geführt werden muß.
Darüber hinaus wird die Schmierölpumpe auch weiteren Bedarfs
anforderungen besonderer Betriebszustände gerecht. So kann es
z.B. vorkommen, daß sich das Schmieröl außerordentlich
erwärmt oder daß Motorteile durch Schmieröl infolge besonde
rer Leistungsanforderungen gekühlt werden müssen. Für diesen
Fall ist - wie Fig. 2 zeigt - ein weiterer Kurzschlußkanal 58
zwischen dem Einlaß 35 der Pumpe und dem Ölsumpf 36 vorgese
hen. In diesem Kurzschlußkanal liegt ein elektromagnetisch
geschaltetes Ventil 59. Dieses Ventil wird über Meldeleitung
60 und Verstärker 61 durch einen Temperaturfühler 62 betä
tigt. Durch den Temperaturfühler kann z.B. die Öltemperatur
oder die Temperatur eines Maschinenteils, z.B. Kolbens,
erfaßt werden. Ebenso ist es möglich, statt des Temperatur
fühlers 62 ein anderes Meßinstrument, z.B. Drehzahlzähler zu
verwenden. Ebenso kann die Meldeleitung genutzt werden, um
andere außerordentliche Betriebszustände zu erfassen. In
jedem Falle dient das Ventil 59 dem Zweck, einen außerordent
lichen Bedarf zu decken. Hierbei wird davon ausgegangen, daß
auch die Summe des Ölstroms, der durch Drossel 37 einerseits
und über Bypass 38 andererseits gefördert wird, noch gedros
selt ist und daher auch bei geöffnetem Druckregelventil 39
noch lediglich eine Teilfüllung der Zellen der Innenverzah
nung stattfindet bei Drehzahlen, die über einer gewissen
Schwelldrehzahl liegen. Fig. 2 wird dieser Voraussetzung
dadurch gerecht, daß als Symbol eine weitere Drossel 63 im
Bypass 38 angedeutet ist.
Zur Deckung eines außerordentlichen Bedarfs ist es auch
möglich, die Federseite 42 des Druckregelventils 39 durch ein
geeignetes Ventil umzuschalten von einem geringen Druck, bei
dem auf der Auslaßseite der Pumpe über Leitung 44 ein relativ
geringer Auslaßdruck eingeregelt wird, auf einen niedrigen
Druck, bei dem der Auslaßdruck entsprechend erhöht ist. Wie
Fig. 3 zeigt, kann hierzu z.B. das Druckbegrenzungsventil
durch das Ventil 68, das elektromagnetisch z.B. durch die
Temperatur eines Maschinenteils geschaltet wird, wahlweise an
den Druck vor der Drossel 37 oder an den Druck hinter der
Drossel 37 gelegt werden.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Wirksamkeit der
Pumpe davon abhängt, daß die Verzahnung so ausgebildet ist,
daß die Zähne im Auslaßbereich zwischen den Schnittpunkten
der Kopfkreise miteinander in Eingriff sind und - unter
Berücksichtigung der Viskosität des Hydrauliköls - abge
schlossene Zellen bilden.
Durch die gezeigte Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels
wird vermieden, daß durch die Zellenbildung und durch die
Entleerung der Zellen unnötig hohe Leistungsverluste eintre
ten. Dies wird zum einen dadurch erreicht, daß der Überdec
kungsgrad auf der Treibseite der Zähne geringer ist als auf
der Dichtseite der Zähne. Hier ist eine Abwägung zu treffen
zwischen der Vermeidung mechanischer Leistungsverluste einer
seits und einem erhöhten Verschleiß andererseits. Diese
Abwägung ist abhängig von dem Einsatzzweck der Pumpe. Bei
Hochdruck-Hydraulikpumpen spielen Leistungsverluste eine
geringere Rolle. Andererseits besteht hier zwischen den Zahn
paarungen eine erhebliche Flächenpressung mit einer entspre
chend hohen Verschleißgefahr und daher wird man bei Hoch
druckpumpen einen verhältnismäßig hohen Überdeckungsgrad auch
auf der Treibseite der Zähne wählen. Bei Pumpen des Nieder
druckbereichs, wie z.B. Schmierölpumpen in Kraftfahrzeugen,
Hydraulikpumpen für Lenkhilfe oder sonstige Verbraucher, wird
man jedoch ohne Erhöhung des Verschleißes mit einem Überdec
kungsgrad auf der Treibseite der Zähne arbeiten können, der
zwischen 1 und 2 liegt, da infolge des niedrigen Druckes mit
verschleißfördernder Flächenpressung nicht zu rechnen ist.
Durch die Erweiterung des Zahnlückengrundes kann die Strö-
mungsgeschwindigkeit des aus den Zahnlücken auszupressenden
Öls insbesondere im Bereich kurz vor dem unteren Totpunkt
sehr stark vermindert werden. Grundsätzlich kann die Erwei
terung der Zahnlücke des Hohlrades radial außerhalb des Wälz
kreises 7 so weit getrieben werden, bis die Stabilitätsgrenze
des Hohlrades erreicht ist. In einem Ausführungsbeispiel
wurde die maximale Strömungsgeschwindigkeit beim Ausdrücken
des Öls von 20 m/sec auf 5 m/sec herabgesetzt. Diese Herab
setzung der Strömungsgeschwindigkeit bedeutet gleichzeitig
eine Herabsetzung der hydraulischen Leistungsverluste.
Demselben Zweck dient einerseits die trichterförmige Erweite
rung des Zahnlückengrundes an den Stirnseiten des Hohlrades
und die dementsprechende Bemessung der Auslaßöffnungen.
Dadurch, daß die Auslaßöffnungen radial außerhalb der Ein
griffslinie unter Beibehaltung eines schmalen, aber ausrei
chenden Dichtstreifens angeordnet sind, wird gewährleistet,
daß über die Auslaßöffnungen kein Kurzschluß zwischen aufein
anderfolgende Zahnzellen eintritt. Dies ermöglicht aber
andererseits, die Auslaßöffnungen sehr großflächig anzu
legen. Die Fläche der Auslaßöffnungen wird so gewählt, daß
sie von dem Zahnquerschnitt des Hohlrades mit ausreichend
breiten Dichtflächen in Umfangsrichtung überdeckt wird. In
diesem Rahmen können aber die Auslaßöffnungen sehr großflä
chig gewählt werden und es können weiterhin die Auslaßöff
nungen mit geringerer Teilung als der Zahnteilung angeordnet
werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß stets ein großflä
chiger Verbindungsquerschnitt zwischen den Zahnzellen und dem
Auslaß besteht.
Bezugszeichenaufstellung:
1 Außenrad, Hohlrad
2 Innenverzahnung
3 Innenrad, Ritzel
4 Außenverzahnung
5 Kopfkreis Außenrad
6 Fußkreis Außenrad
7 Wälzkreis Außenrad
8 Wälzkreis Innenrad
9 Kopfkreis Innenrad
10 Fußkreis Innenrad, Grundkreis
11 Eingriffslinie
12 Wälzpunkt
13 Schnittpunkt der Kopfkreise
14 Zahnhöhe
15 Verzahnungsmodul, großer Teilabschnitt
16 kleiner Teilabschnitt
17 Mittelpunkt, Außenrad
18 Kreis der Krümmungsmittelpunkte
19 Krümmungsmittelpunkt
20 Krümmungsradius der Eingriffslinie
21 Wälzkreisradius Außenrad
22 Wälzkreisradius Innenrad
23 Drehrichtung, Steg
24 Pfeilrichtung
25 Mittelpunkt Innenrad
26 trichterförmige Erweiterung
27 Kante, Innenkante
28 Dichtsteg
29 idealer Zahnlückengrund
30 Zahnlückengrund
31 Gehäuse
32 Deckel
33 Deckel
34 Welle
35 Einlaß
36 Tank
37 Drossel
38 Bypass
39 Drucksteuerventil
40 Kolben
41 Steuerkante
42 Feder
43 Steuerraum
44 Steuerleitung
45 Einlaß
46 Auslaß
47 vordere Steuerkante
48 Auslaßniere
49 Auslaßkanal
50 Auslaßgehäuse
51 Auslaßkammer
52 Bohrung
53 Wand
54 Rückschlagventil
55 Querbalken
56 Druckkanal
58 Kurzschlußkanal
59 Ventil
60 Meldeleitung
61 Verstärker
62 Temperaturfühler
63 Drossel
64 Eingriffsbereich der Treibflanken des Hohlrades
65 Abweichquerschnitt Hohlrad
66 Eingriffsbereich der Treibflanken des Zahnrades
67 Abweichquerschnitt
69 Längsnut
70 voreilende Kammer
71 nacheilende Kammer
72 Ausnehmung
2 Innenverzahnung
3 Innenrad, Ritzel
4 Außenverzahnung
5 Kopfkreis Außenrad
6 Fußkreis Außenrad
7 Wälzkreis Außenrad
8 Wälzkreis Innenrad
9 Kopfkreis Innenrad
10 Fußkreis Innenrad, Grundkreis
11 Eingriffslinie
12 Wälzpunkt
13 Schnittpunkt der Kopfkreise
14 Zahnhöhe
15 Verzahnungsmodul, großer Teilabschnitt
16 kleiner Teilabschnitt
17 Mittelpunkt, Außenrad
18 Kreis der Krümmungsmittelpunkte
19 Krümmungsmittelpunkt
20 Krümmungsradius der Eingriffslinie
21 Wälzkreisradius Außenrad
22 Wälzkreisradius Innenrad
23 Drehrichtung, Steg
24 Pfeilrichtung
25 Mittelpunkt Innenrad
26 trichterförmige Erweiterung
27 Kante, Innenkante
28 Dichtsteg
29 idealer Zahnlückengrund
30 Zahnlückengrund
31 Gehäuse
32 Deckel
33 Deckel
34 Welle
35 Einlaß
36 Tank
37 Drossel
38 Bypass
39 Drucksteuerventil
40 Kolben
41 Steuerkante
42 Feder
43 Steuerraum
44 Steuerleitung
45 Einlaß
46 Auslaß
47 vordere Steuerkante
48 Auslaßniere
49 Auslaßkanal
50 Auslaßgehäuse
51 Auslaßkammer
52 Bohrung
53 Wand
54 Rückschlagventil
55 Querbalken
56 Druckkanal
58 Kurzschlußkanal
59 Ventil
60 Meldeleitung
61 Verstärker
62 Temperaturfühler
63 Drossel
64 Eingriffsbereich der Treibflanken des Hohlrades
65 Abweichquerschnitt Hohlrad
66 Eingriffsbereich der Treibflanken des Zahnrades
67 Abweichquerschnitt
69 Längsnut
70 voreilende Kammer
71 nacheilende Kammer
72 Ausnehmung
Claims (6)
1. Innenzahnradpumpe
mit treibendem Ritzel (3) und Hohlrad (1), bei der auf der Druckseite
die nacheilenden Flanken der Zähne des Ritzels (Dicht flanken des Ritzels) mit den entsprechenden Gegenflanken der Zähne des Hohlrades (Dichtflanken des Hohlrades) im Bereich zwischen dem Schnittpunkt der Kopfkreise und dem Wälzpunkt
mit einem Überdeckungsgrad gleich oder größer 2 derart in Eingriff sind, daß eine Vielzahl von gegeneinander abge schlossenen Zahnzellen gebildet wird,
wobei mehrere dieser Zahnzellen über mindestens je einen Auslaß mit Rückschlagventil mit dem gemeinsamen Druck kanal in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß
die treibenden Flanken der Zähne des Ritzels (3) (Treib flanken des Ritzels) und/oder die entsprechenden Gegen flanken der Zähne des Hohlrades (1) (Treibflanken des Hohlrades) axial begrenzte Aussparungen, Nuten oder dergleichen aufweisen, die den Kopf der Zähne mit dem Fuß der Zähne verbinden.
mit treibendem Ritzel (3) und Hohlrad (1), bei der auf der Druckseite
die nacheilenden Flanken der Zähne des Ritzels (Dicht flanken des Ritzels) mit den entsprechenden Gegenflanken der Zähne des Hohlrades (Dichtflanken des Hohlrades) im Bereich zwischen dem Schnittpunkt der Kopfkreise und dem Wälzpunkt
mit einem Überdeckungsgrad gleich oder größer 2 derart in Eingriff sind, daß eine Vielzahl von gegeneinander abge schlossenen Zahnzellen gebildet wird,
wobei mehrere dieser Zahnzellen über mindestens je einen Auslaß mit Rückschlagventil mit dem gemeinsamen Druck kanal in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß
die treibenden Flanken der Zähne des Ritzels (3) (Treib flanken des Ritzels) und/oder die entsprechenden Gegen flanken der Zähne des Hohlrades (1) (Treibflanken des Hohlrades) axial begrenzte Aussparungen, Nuten oder dergleichen aufweisen, die den Kopf der Zähne mit dem Fuß der Zähne verbinden.
2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zahnlücken des Hohlrades und/oder die Zahnlücken des
Ritzels, soweit sie außerhalb bzw. innerhalb des Wälz
kreises liegen, gegenüber der Hüllkurve des jeweils
anderen Zahnes im Querschnitt wesentlich erweitert sind.
3. Innenzahnradpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die treibenden Flanken der Zähne des Ritzels (3) (Treib
flanken des Ritzels) und die entsprechenden Gegenflanken
der Zähne des Hohlrades (1) (Treibflanken des Hohlrades)
auf der Saugseite der Pumpe einen geringeren Über
deckungsgrad aufweisen als die Dichtflanken auf der
Druckseite.
4. Innenzahnradpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Überdeckungsgrad der Dichtflanken gleich oder größer 3 ist,
und daß der Überdeckungsgrad der Treibflanken zwischen 1 und 2 liegt.
der Überdeckungsgrad der Dichtflanken gleich oder größer 3 ist,
und daß der Überdeckungsgrad der Treibflanken zwischen 1 und 2 liegt.
5. Innenzahnradpumpe nach einem der vorangegangenen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auslaßöffnungen zwischen der Eingriffslinie und dem
Umfangskreis des Hohlrades liegen und bis auf eine
schmale Dichtfläche nahe an die Eingriffslinie heran
ragen.
6. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Grund der Zahnlücken des Hohlrades auf der den
Auslaßöffnungen zugewandten Stirnseite trichterförmig bis
nahezu zum Umfang des Hohlrades erweitert ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873737961 DE3737961A1 (de) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | Innenzahnradpumpe |
EP19880118185 EP0315878B1 (de) | 1987-11-07 | 1988-11-02 | Innenzahnradpumpe |
DE8888118185T DE3869737D1 (de) | 1987-11-07 | 1988-11-02 | Innenzahnradpumpe. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873737961 DE3737961A1 (de) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | Innenzahnradpumpe |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3737961A1 true DE3737961A1 (de) | 1989-05-18 |
Family
ID=6340089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873737961 Ceased DE3737961A1 (de) | 1987-11-07 | 1987-11-07 | Innenzahnradpumpe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3737961A1 (de) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4440782C2 (de) * | 1993-11-18 | 2002-12-05 | Luk Automobiltech Gmbh & Co Kg | Innenzahnradpumpe mit Verdrängervorsprüngen |
WO2004109110A1 (de) * | 2003-05-23 | 2004-12-16 | Luk Automobiltechnik Gmbh & Co. Kg | Zahnradpumpe |
WO2008040354A1 (de) * | 2006-10-06 | 2008-04-10 | Sauer-Danfoss Aps | Hydraulische maschine |
DE102011115010A1 (de) | 2011-10-06 | 2013-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Innenzahnradmaschine |
DE102012022787A1 (de) | 2012-11-22 | 2014-05-22 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Zahnradpumpe sowie Regelsystem mit Zahnradpumpe und Regelkolben |
WO2022175904A1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | 1158992 B.C. Ltd. | Fluid transfer device |
US12012962B2 (en) | 2023-08-21 | 2024-06-18 | 1158992 B.C. Ltd. | Fluid transfer device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3444859A1 (de) * | 1983-12-14 | 1985-06-27 | Barmag Barmer Maschinenfabrik Ag, 5630 Remscheid | Rotationszellenpumpe fuer hydrauliksysteme |
DE3417824A1 (de) * | 1984-05-14 | 1985-11-14 | Rudolf Prof. Dr.-Ing. Röper | Zahnradpaare fuer rotationskolbenmaschinen |
EP0254077A2 (de) * | 1986-07-19 | 1988-01-27 | B a r m a g AG | Innenzahnradpumpe |
-
1987
- 1987-11-07 DE DE19873737961 patent/DE3737961A1/de not_active Ceased
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DE102012022787A1 (de) | 2012-11-22 | 2014-05-22 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Zahnradpumpe sowie Regelsystem mit Zahnradpumpe und Regelkolben |
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