DE3840909A1 - Zahnradpumpe mit foerdermengenregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Betrachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich als Schmierölpumpe für eine ein Kraftfahrzeug antreibende Brennkraftmaschine, so arbeitet die Pumpe in­ folge ihres Antriebs durch die Brennkraftmaschine mit in einem großen Bereich verän­ derlicher Drehzahl, während die Brennkraftmaschine in erste Näherung einen drehzahl­ unabhängigen Ölmengenbedarf hat. Schlagwortartig muß man also feststellen, daß die Förderkennlinie der Ölpumpe und die - noch dazu stark öltemperaturabhängige - Bedarfs­ kennlinie der Brennkraftmaschine nicht übereinstimmen.

Übliche Ölpumpen sind daher auf den Ölbedarf der Brennkraftmaschine bei Heißleerlauf abgestimmt, in dem ein gewisser Mindestöldruck bereitgestellt werden muß. Jede von die­ sem Heißleerlauf abweichende Betriebsweise mit höheren Drehzahlen oder niedrigeren Öltemperaturen führt zu einem Öldruckanstieg bis zu einem zulässigen Maximaldruck, dessen Überschreitung schließlich durch ein dann öffnendes Öldruckbegrenzungsventil vermieden wird. Diese serienübliche Art der Öldruckbegrenzung ist also eine den Ölpum­ penwirkungsgrad negativ beeinflussende Verlustregelung.

Für einen anderen Pumpentyp, nämlich eine hydrostatische Verdrängerpumpe mit in etwa radialen Ausnehmungen eines Rotors geführten Verdrängerkörpern, deren äußere Enden am Innenumfang eines Verstellkörpers gleiten, ist aus der DE-OS 20 15 744, F 04 C 15/04, eine Regelung auf drehzahlunabhängige Fördermenge bekannt, die im Prinzip mit einer Verschwenkung des Verstellkörpers um eine derart exzentrisch angeordnete Schwenkachse arbeitet, daß sich eine Änderung der Form des Zwischenraum zwischen Rotor und Ver­ stellkörper und damit eine Änderung der Größe der Fördermenge ergibt.

Für den gattungsgemäßen Pumpentyp, nämlich eine Zahnradpumpe, ist aus der US-PS 17 96 814 eine Konstruktion mit lamellenartig unterteilten Zahnrädern bekannt, bei der zur Regelung der Fördermenge einzelne Lamellen bezüglich der Drehung blockiert wer­ den können. Wie ohne weiteres einzusehen, ist diese - bereits aus dem Jahr 1924 stam­ mende - Regelmöglichkeit im Hinblick auf Dauerbetriebssicherheit und Regelgenauigkeit praktisch nicht verwendbar.

Bei den aus der DE-PS 8 01 187, 59 E 3/01, und der DE-OS 30 28 573, F 04 C 2/14, be­ kannten, dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zugrundeliegenden Zahnradpumpenkonstruk­ tionen ist eines der beiden kämmenden Zahnräder in Richtung seiner Achse gegenüber dem anderen Zahnrad verschiebbar, so daß die Länge der kämmenden Zahnbereiche zu Regelzwecken veränderbar ist. Diese Pumpen benötigen nicht nur relativ viel Platz in Richtung der Achsen der Zahnräder, sondern sind auch kompliziert im Aufbau, da ver­ hindert werden muß, daß die zur Axialbewegung des einen Zahnrades erforderlichen Tot­ räume im Pumpengehäuse von der zu fördernden Flüssigkeit durchströmt werden. Schließ­ lich sei zur Abrundung des Standes der Technik die DE-OS 20 49 116, F 04 C 1/08, ge­ nannt, die eine Zahnradpumpe mit außerhalb des eigentlichen Pumpengehäuses angeordne­ ter Bewegungskopplung der Pumpenzahnräder über ein Zahnradgetriebe beschreibt; da­ durch soll ein Verschleiß der Pumpenzahnräder durch Berührung ihrer Zahnflanken ver­ mieden werden. Das Spiel zwischen den kämmenden Pumpenzahnrädern soll in Abhängig­ keit von den Eigenschaften der zu fördernden Flüssigkeiten gewählt werden, so daß eine einmalige Vorwahl des jeweils optimalen Spiels, nicht aber eine Regelung der Fördermen­ ge der Pumpe vorgenommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß unter Vermeidung eines zusätzlichen Platzbe­ darfs in Richtung der parallelen Achsen der Pumpenzahnräder die Pumpenförderkenn­ linie an den Bedarf der jeweils mit der geförderten Flüssigkeit gespeisten Einrichtung, insbesondere also einer Brennkraftmaschine, angepaßt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteran­ sprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe wird also zur Regelung nicht eine Axialver­ schiebung eines der beiden Pumpenzahnräder vorgenommen, sondern eine Änderung des Achsabstands derselben und damit der Tiefe des Kämmeingriffs. Dabei bestimmt der je­ weils vorliegende Flüssigkeitsdruck in Verbindung mit einer in der Druckkammer erzeug­ ten Gegenkraft (Feder und/oder Druckmittelbeaufschlagung) die Einstellung einer bestimm­ ten Lage des Kolbens, die dem gewünschten, von der Pumpe erzeugten Flüssigkeitsdruck entspricht. Übersteigt der Istwert dieses Drucks einen vorgegebenen Sollwert, wird der Kolben im Sinne einer Vergrößerung des Achsabstands zwischen den Pumpenzahnrädern verschoben; sinkt der Flüssigkeitsdruck unter einen vorgegebenen Sollwert, können die Druckkräfte in der Druckkammer den Schieber in Richtung Verkleinerung des Achsab­ stands der beiden Zahnräder verschieben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels für eine Zahnradölpumpe im Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine be­ schrieben.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, die die Lage der Pumpenbestandteile in der Regelstel­ lung "volle Fördermenge" wiedergibt, so erkennt man, daß die beiden von dem Pumpen­ gehäuse 1 aufgenommenen Pumpenzahnräder 2 und 3 mit ihren Achsen 4 und 5 den kleinst­ möglichen Abstand einschließen. Dabei ist angenommen, daß die Welle 6 des Pumpenzahn­ rads 2 in üblicher und nicht dargestellter Weise von der Brennkraftmaschine her ange­ trieben wird, während das andere Zahnrad 3 von dem Zahnrad 2 mitgenommen wird; die Drehrichtungen der Zahnräder 2 und 3 sind durch Pfeile angedeutet. Entsprechendes gilt für die Förderrichtung, das heißt 7 ist der Zufluß und 8 der Abfluß des Schmieröls.

Während das Zahnrad 2 unverschiebbar im Pumpengehäuse 1 gelagert ist, dient zur Lage­ rung des Pumpenrads 3 der in Ebenen senkrecht zur Zeichenebene einen viereckigen Quer­ schnitt besitzende Kolben 9, der in der Ausnehmung 10 des Gehäuses 1 in Richtung des Kämmeingriffs der beiden Zahnräder 2 und 3 verschiebbar geführt ist. Auf der Rückseite des Kolbens 9 erkennt man die Druckkammer 11, die einerseits Druckfedern 12 und 13 aufnimmt und andererseits über die als Drossel wirkende Ausgleichsleitung 14 mit dem Zufluß 7 in Strömungsverbindung steht. Durch Wahl der Federn 12 und 13 und des Strö­ mungswiderstands der Ausgleichsleitung 14 kann die Regelkennlinie eingestellt werden.

Die jeweilige Stellung des Kolbens 9 mit dem Pumpenzahnrad 3 und damit die Tiefe des jeweiligen Kämmeingriffs sind also bestimmt durch die Differenz der Kräfte, die der Flüssigkeitsdruck auf die in der Figur linke Stirnfläche des Kolbens 9 und der Flüssig­ keitsdruck in der Druckkammer 11 sowie die Druckfedern 12 und 13 auf die rechte Kol­ benseite ausüben.

Nimmt der Öldruck zu, vergrößert sich also die von ihm auf die linke Stirnseite des Kol­ bens 9 ausgeübte Kraft, und dieser wird gemäß Fig. 2 in die Regelstellung "Teilförder­ menge" in der Figur nach rechts verschoben; diese Stellung ist mit 9′ bezeichnet. Demge­ mäß entfernt sich auch das Zahnrad 3 in die Regelstellung 3′ vom Zahnrad 2, so daß der Kämmeingriff der beiden Zahnräder verringert wird. Die Lage der Achse des in den Figu­ ren rechten Zahnrads ist mit 5′ bezeichnet.

Die Druckkammer 11 kann auch direkt mit der Atmosphäre verbunden oder von einem anderen als dem geförderten Medium beaufschlagt sein.

Mit der Erfindung ist also eine Zahnradpumpe mit Fördermengenregelung geschaffen, die gegenüber der serienüblichen Verlustregelung in der Teilmengenregelstellung Antriebslei­ stungs- und Geräuschvorteile besitzt und gegenüber den bekannten Regelungen mit Axial­ verschiebung eines der Pumpenzahnräder erheblich kleiner baut.

Claims (5)

1. Zahnradpumpe mit zwei in einem Pumpengehäuse mit Zu- und Abfluß für eine zu för­ dernde Flüssigkeit drehbar gelagerten, in Kämmeingriff stehenden achsparallelen Zahn­ rädern, von denen eines drehfest auf einer angetriebenen Welle sitzt und denen eine Regeleinrichtung zur Fördermengenregelung durch Änderung der relativen Lage der Zahnräder zugeordnet ist, insbesondere Schmierölpumpe für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung einen Lager für das andere Zahn­ rad (3) bildenden Kolben (9) enthält, der in Richtung des Kämmeingriffs verschiebbar von einer Ausnehmung (10) des Pumpengehäuses (1) aufgenommen ist, die auf der dem einen Zahnrad (2) abgekehrten Rückseite des Kolbens (9) eine Druckkammer (11) bildet.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckkammer (11) zumindest eine Druckfeder (12, 13) angeordnet ist.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (11) mit dem Zufluß (7) verbunden ist.

4. Zahnradpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (14) der Druckkammer (11) mit dem Zufluß (7) eine Drossel enthält.

5. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kolbens (9) gleich derjenigen des anderen Zahnrads (3) gewählt ist, dessen Zahnköpfe sein Drehlager bilden.