DE4341356A1 - Sichelzahnradpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sichelzahnradpumpe gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Bei derartigen Sichelzahnradpumpen, wie sie in einer Vielzahl von Konstruktionen beispielsweise als Ölpumpen für Brennkraftma­ schinen im Einsatz und aus der Patentliteratur bekannt sind (siehe nur die EP 0 302 190 B1, F04C 2/10, mit in Richtung Druckseite versetzt angeordneter Sichel), arbeiten in der Weise, daß beispielsweise das Innenrad mit einem Antrieb in Verbindung steht und über den Kämmeingriff das Außenrad ebenfalls in Dreh­ bewegung versetzt. Dieser Kämmeingriff stellt eine Sicherung ge­ gen den Rückfluß von Flüssigkeiten, also beispielsweise Schmier­ öl, von dem einen ersten Bestandteil des Spalts bildenden Druck­ raum der Pumpe zum Saugraum dar, der durch einen anderen Teil dieses Spalts gebildet ist. Längs der jeweils zugekehrten Oberfläche der Sichel wird in den Zahnlücken der beiden Verzah­ nungen die zu fördernde Flüssigkeit vom Saug- zum Druckraum ge­ führt. Ist das zu transportierende Medium besonders dünnflüssig, muß sich die Sichel über eine größere Anzahl von Zahnköpfen der Verzahnungen erstrecken, damit auch an dieser Stelle ein Rück­ strömen des Mediums vermieden ist. Bei bekannten Pumpenkonstruk­ tionen dieser Gattung sind die Zähne der Verzahnungen gleichmä­ ßig über den Außenumfang des Innenrads bzw. den Innenumfang des Außenrads verteilt, ohne daß zahnfreie Zwischenbereiche verblei­ ben. Dies hat eine Vielzahl von mehr oder weniger vollständigen Zahneingriffen zur Folge, und da am Ort jedes Zahneingriffs bei der Drehbewegung der Räder Flüssigkeit herausgequetscht wird, entstehen örtlich relativ hohe Drücke und Strömungsverluste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sichelzahnradpum­ pe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß diese Strömungsverluste mit einfachen Mitteln verringert sind.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, eine vorteilhafte Aus­ bildung der Erfindung beschreibt der Unteranspruch.

Die Erfindung sieht also vor, die Zahl der Zähne von Innen- und/oder Außenverzahnung - unter Berücksichtigung der Viskosität des zu fördernden Mediums - und damit die Anzahl der Zahnein­ griffe gegenüber dem Stand der Technik erheblich zu reduzieren. Die untere Grenze dieser Verringerung der Zähnezahl ist durch das Erfordernis der Sicherstellung einer gleichförmigen Bewe­ gungsübertragung zwischen den beiden Rädern und durch die Not­ wendigkeit begrenzt, daß zur Erzielung einer Abdichtung zwischen Saug- und Druckraum im Bereich der Sichel diese permanent zumin­ dest einen Zahnkopf der Verzahnung des betreffenden Rades über­ decken muß.

Die Verluste, und zwar in diesem Falle die an den Lagern der Rä­ der auftretenden Verluste, können durch die Maßnahme des An­ spruchs 2 verringert werden, d. h. durch Versetzen der Sichel in Richtung Druckseite der Pumpe, so daß die druckbeaufschlagten Flächen der Räder und damit die Lagerkräfte verringert werden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren senkrechte Quer­ schnitte durch die hier interessierenden Teile einer Ölpumpe für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine zeigen.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man in dem Gehäuse 1 den Zapfen 2 einer antreibenden Welle, beispielsweise einer Kur­ belwelle der Brennkraftmaschine, der in drehfestem Eingriff mit dem Innenrad 3 steht, das die in diesem Ausführungsbeispiel ohne Zahnlücken umlaufende Außenverzahnung 4 trägt.

Diese Außenverzahnung 4 steht bei 5 und 6 in dieser Phase in teilweisem Kämmeingriff mit der Innenverzahnung 7 des exzen­ trisch zum Innenrad 3 angeordneten Außenrads 8 der Pumpe. Wie durch Pfeile angedeutet, drehen beide Pumpenräder 3 und 8 im Uhrzeigersinn.

Durch die beschriebene Exzentrizität ist in einem der Zahnein­ griffszone 5, 6 etwa gegenüberliegenden Bereich der Spalt 9 ge­ bildet, der die gehäusefeste Sichel 10 aufnimmt. Diese erstreckt sich über eine Vielzahl von Zahnköpfen der Außenverzahnung 4, jedoch in dieser Bewegungsphase nur über zwei Zahnköpfe der In­ nenverzahnung 7, da die Zähnezahl der Innenverzahnung erfin­ dungsgemäß so stark reduziert ist, daß sich zwischen einander benachbarten Zähnen der Innenverzahnung 7 zahnfreie Bereiche am Außenrad 8 erstrecken. Auf jeden Fall ist die Sichel 10 in Um­ fangsrichtung derart "lang" ausgebildet, daß sie in allen Bewe­ gungsphasen auch des Außenrads 8 über einem der Zahnköpfe der Innenverzahnung 7 verläuft. Dadurch ist eine Abdichtung zwischen der Saugseite bzw. dem Saugraum 11 und dem Druckraum 12 der Pum­ pe sichergestellt.

Infolge der Verringerung der Zahl der Zahneingriffe auf die bei­ den bei 5 und 6 markierten ist eine erhebliche Reduzierung der Quetscharbeit sichergestellt.

Zu ergänzen ist, daß im Gehäuse bei 13 eine Saugleitung und bei 14 eine mit einem Überdruckventil verbundene Druckleitung vorge­ sehen ist.

Auch in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 befindet sich in dem Gehäuse 20 ein mit der Innenverzahnung 21 versehenes Außen­ rad 22 und ein mit der Außenverzahnung 23 versehenes Innenrad 24 in exzentrischer Anordnung, so daß auf der dem vollen Zahnein­ griff 25 gegenüberliegenden Seite der Spalt 26 zu Aufnahme der Sichel 27 gebildet ist, die hier etwas in Richtung Druckraum 28 verlagert angeordnet ist, so daß der Saugraum 29 gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 vergrößert ist. Dies hat eine Ver­ ringerung der resultierenden druckbeaufschlagten Fläche der Pum­ pe zur Folge, d. h. eine Verringerung der Lagerbeanspruchung der beiden Räder 22 und 24.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Innenverzahnung 21 in üb­ licher Weise als umlaufende Verzahnung, also ohne Lücken zwi­ schen einander benachbarten Zähnen, ausgeführt, dagegen die Au­ ßenverzahnung 23 hinsichtlich der Zähnezahl stark reduziert, so daß auch hier die Zahl der Zahneingriffe und damit die Zahl der Quetschstellen verringert ist.

Während in den anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Ausfüh­ rungsbeispielen jeweils eine der Verzahnungen - die Außenverzah­ nung 4 in Fig. 1, die Innenverzahnung 21 in Fig. 2 - als um­ laufende Verzahnung ausgebildet ist, bei der die Zahnbreiten und die Breiten der Zahnlücken übereinstimmen, also gleichsam an dieser Stelle keine Veränderung gegenüber einer üblichen Sichel­ pumpe vorgenommen sind, zeigt Fig. 3 eine Ausbildung der Er­ findung, bei der sich keine derartige umlaufende Verzahnung mit gleichen Zahnbreiten und Zahnlückenbreiten findet.

Auch hier ist ein Innenrad 30 mit der Außenverzahnung 31 und ein Außenrad 32 mit der Innenverzahnung 33 vorhanden. Man erkennt jedoch, daß bei der Außenverzahnung die Zahnlücken und bei der Innenverzahnung 33 die Zahnbreiten erheblich größer als bei ei­ ner umlaufenden Verzahnung im Sinne der gegebenen Definition sind. Den Ausgang bei der Wahl der Zähnezahlen der beiden Ver­ zahnungen 31 und 33 bildet eine übliche Pumpenkonstruktion mit umlaufenden Verzahnungen im Sinne der oben gegebenen Definition. Die Zähnezahlen der beiden Verzahnungen stehen in einem ganzzah­ ligem Verhältnis, beispielsweise 40 : 35, wobei die größere Zahl für die Innenverzahnung und die kleinere Zahl für die Außenverzahnung gilt. Die Zähnezahlen haben den gemeinsamen ganzzahligen Teiler 5. Die Zähnezahlen der Verzahnungen 31 und 33 in Fig. 3 sind nun durch Division der Zähnezahlen der umlaufenden Verzah­ nung durch den gemeinsamen Teiler entstanden. Für die Innenver­ zahnung 33 ergibt dies also 40 : 5 - 8 Zähne, für die Außenver­ zahnung 31 ergeben sich so 35 : 5 = 7 Zähne. Dabei ist die Brei­ te der Zähne der Außenverzahnung 31 beibehalten, so daß die Breite der Zähne der Innenverzahnung 33 entsprechend größer ge­ wählt sein muß, damit die Zahnlücken zwischen diesen Zähnen ihre ursprüngliche Breite behalten. Verständlicherweise ist es auch möglich, die Breite der Zähne der Innenverzahnung 33 beizubehal­ ten und demgemäß die Breite der Zähne der Außenverzahnung 31 entsprechend zu vergrößern.

Mit der Erfindung ist demgemäß mit einfachen Mitteln eine Si­ chelpumpe geschaffen, die einen besseren Wirkungsgrad als der Stand der Technik aufweist.

Claims (3)

1. Sichelzahnradpumpe mit einem eine Innenverzahnung tragenden Außenrad, einem zu diesem exzentrischen, eine Außenverzahnung tragenden Innenrad, deren Verzahnungen in örtlichem Kämmein­ griff stehen, und mit einer Saug- und Druckseite der Pumpe trennenden Sichel in einem durch die Exzentrizität bedingten Spalt zwischen Innen- und Außenrad, wobei die Sichel mehrere Zahnköpfe von Innen- und Außenverzahnung überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl von Innen- und/oder Außen­ verzahnung (4, 7) unter Belassung zahnfreier Zwischenbereiche auf einen Wert reduziert ist, der noch eine gleichförmige An­ triebsverbindung zwischen Außen- und Innenrad (3, 8) durch den Kämmeingriff (5, 6) sowie die permanente Überdeckung zu­ mindest eines Zahnkopfes durch die Sichel (10) sicherstellt.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichel (27) bezüglich eines durch den Ort des Kämmeingriffs (25) gezogenen Durchmessers in Richtung Druckseite (28) versetzt angeordnet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahlen von Innen- und Außenverzahnung (31, 33), ausge­ hend von einer umlaufenden Verzahnung mit gleichen Zahn- und Zahnlückenbreiten und mit einem Zähnezahlverhältnis mit ganz­ zahligem Teiler, gleich den Zähnezahlen dieser umlaufenden Verzahnung geteilt durch den Teiler, gewählt sind, wobei die Zahnbreite einer der beiden Verzahnungen beibehalten und die Zahnbreite der anderen Verzahnung entsprechend verbreitert ist.