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Zahnradluftpumpe für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Zahnradluftpumpe
für Kraftfahrzeuge.
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Die neueren Kraftfahrzeuge sind bekanntlich mit einer oder mehreren
Hilfseinrichtungen versehen, die durch ein Druckmittel (Überdruck oder Unterdruck)
angetrieben werden. Derartige Hilfsmittel sind z.,B. der Windscheibenwischer. Den
Antrieb dieses Wischers hat man im allgemeinen von dem im Ansaugrohr des Fahrzeugmotors
herrschenden Unterdruck abgeleitet. Diese Druckquelle ist aber sehr wenig gleichmäßig
und verursacht infolgedessen einen unzuverlässigen Betrieb des Wischers. Man hat
auch versucht, den Antrieb aus dem Ansaugrohr des Fahrzeugmotors zu ergänzen oder"zu
erzetzen, z. B. durch eine Pumpe, die von der Motornockenwelle angetrieben wird.
Die Pumpe wird dabei jedoch mit hoher Geschwindigkeit hin und her bewegt, und es
hat sich herausgestellt, daß sie nicht geeignet ist, im Dauerbetrieb zufriedenstellend
zu arbeiten. Derartige Einrichtungen hatten auch die Natur von Nebeneinrichtungen
und wurden daher häufig bei der Herstellung der_Motoranlage nicht genügend sorgfältig
behandelt.
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Der Erfindung gemäß wird für die Hilfseinrichtungen des Kraftfahrzeuges
ein wirksamer Antrieb dadurch geschaffen, daß zu zwei Zahnrädern, von denen mindestens
eines zu dem der Kraftübertragung zwischen dem Motor und den Lauf rädern dienenden
Getriebe gehört, ein eine Luftpumpwirkung ermöglichendes, die Zahnräder gegen das
Ölbad des -Getriebes abdichtendes Paßgehäuse angefügt.
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Zahnradluftpumpen sind an sich bekannt. Es ist auch schon vorgeschlagen
worden, bei einem Rotationskompressor zwei Zahnräder, die dem Antrieb der Hauptkompressorelemente
dienen, zur Förderung von Öl für Dichtungszwecke zu benutzen.
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Neu ist der Gedanke, Getrieberäder des Kraftfahrzeuges für Luftpumpzwecke
zu verwenden. Schwierigkeiten liegen insofern vor, als einerseits die Erzielung
einer guten Luftpumpwirkung ein zuverlässig dichtendes Gehäuse erforderlich macht
und andererseits bei den _ Getrieberädern des Kraftfahrzeuges mit einem im Verhältnis
zu den Anforderungen der Luftpumpe erheblichen Spiel infolge der schwankenden Verhältnisse
bei der Kraftübertragung zu rechnen ist.
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Vorteilhaft wird das Paßgehäuse gemäß der Erfindung so angeordnet,
daß es die Zahnräder um den Eingriffspunkt einhüllt, und zwar derart, daß einerseits
die Bewegung der Zahnräder nicht gehemmt wird und andererseits eine zuverlässige
Dichtung durch Schmieröl zustande kommt. Das Gehäuse besteht aus die Zähne begrenzenden-
Seitenwänden und diese verbindenden bogenförmigen
Querwänden. Die
verschiedenen Wände erstrecken sich so vom Eingriffspunkt aus und um diesen herum,
daß sie eine Druck-bzw. Unterdruckkammer bilden. Eine der Wände ist mit einer Durchtrittsöffnung
versehen, die zu der besagten Kammer die Verbindung herstellt.
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Um bei auftretendem Spiel der Zahnräder eine zuverlässige Dichtung
und damit einwandfreieLuftpumpwirkung zu gewährleisten, wird das Paßgehäuse gemäß
der Erfindung so ausgebildet, daß es sich an die Bewegungen des oder der Zahnräder
anpaßt. Es kann als Ganzes mit einem der Kraftübertragungsräder beweglich sein und
damit jeweils dessen Spiel folgen. Diese Ausbildung kommt insbesondere dann in Frage,
wenn von den beiden als Luftpumpe wirkenden Rädern nur eines der Kraftübertragung
im Fahrzeug dient. Das andere Rad, welches ein Leerrad ist, wird lose angeordnet,
und zwar so, daß es der seitlichen Bewegung des Paßgehäuses folgen kann.
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Wenn beide als Luftpumpe dienenden Zahnräder auch als Kraftübertragungsräder
benutzt werden, so wird eine genauere Anpassung des Paßgehäuses an die Spiele der
einzelnen Räder dadurch ermöglicht, daß die Zahnbegrenzungsw ände jedes einzelnen
Rades diesem folgen und in bezug zu den entsprechenden Wänden des Gegenrades eine
Bewegung ausführen können.
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Vorteilhaft wird das Paßgehäuse dann aus Einzelteilen ausgeführt,
und zwar aus je einem Teil für jedes Zahnrad. Die beiden Gehäuseteile stehen je
mit dem zugehörigen Zahnrad und untereinander unter Dichtung durch das Schmiermittel
in Berührung.
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Zweckmäßig können auch die Seitenwände des Paßgehäuses für eines der
Zahnräder in Form von Ringen ausgebildet und am zugehörigen Zahnrad selbst befestigt
sein. Die Seitenwände des übrigen Paßgehäuses sind dann mit lagerartigen Flächen
versehen, in denen sich die erwähnten Ringwände drehen, und zwar unter Dichtung
durch das Schmiermittel.
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Das Paßgehäuse kann gemäß der Erfindung auch zu einem Teil durch das
Getriebegehäuse, in dem die Zahnräder umlaufen, gebildet werden.
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Wenn die Zähne der als Luftpumpe arbeitenden Zahnräder, vom Eingriffspunkt
sich fortbewegend, außer Berührung mit den Wänden des Paßgehäuses kommen, ist die
Möglichkeit von Geräuschen gegeben, da die zwischen - zwei Zähnen befindliche Zahnlücke
unter einem gewissen Unterdruck steht, der sich dann mit dem Druck im Getriebegehäuse
ausgleicht. Die Geräusche sind besonders stark, wenn die unterdruckbetriebenen Hilfseinrichtungen
nicht betätigt werden. Die Geräusche werden gemäß der Erfindung stark herabgesetzt
oder beseitigt durch Anordnung von Mitteln, die einen allmählichen Ausgleich des
Druckes in den Zahnlücken mit dem Druck im Getriebegehäuse ermöglichen._ Ein solches
Mittel bildet die Anordnung von Kanälen u. dgl., die den allmählichen Zutritt von
Schmirmitteln und Luft zu den Zahnlücken gestatten.
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Mittel zum Druckausgleich sind an sich bekannt. Ihre Anordnung ist
bei den anpaßbaren Luftpumpengehäusen gemäß der Erfindung mit größeren Schwierigkeiten
verbunden als bei den festen Gehäusen selbständiger Zahnradluftpumpen.
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Die Zeichnungen stellen mehrere vorteilhafte Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes dar. Es zeigt Fig. i allgemein die Anordnung der Luftpumpeinrichtung
in einem Kraftfahrzeug, Fig. 2 eine Ansicht und einen senkrechten Schnitt durch
ein Getriebegehäuse, in dem an zwei Zahnrädern ein Paßgehäuse angefügt ist, Fig.
3 eine Stirnansicht des Getriebegehäuses nach der Fig. 2 bei abgenommenem Deckel,
wobei das Paßgehäuse im Schnitt dargestellt ist, die Fig. q. und. 5 eine Vorderansicht
im teilweisen Schnitt und eine Stirnansicht eines Paßgehäuses, bei dem die dem einen
Zahnrad zugehörigen Seitenwände ringförmig ausgebildet und an diesem befestigt sind,-Fig.
6 einen senkrechten Schnitt durch die Anordnung nach den Fig. 4 und 5 entsprechend
der Linie 6--b in der Fig. 4.
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Die Fig.7 -und 8 zeigen eine Ansicht und eine perspektivische Einzelteildarstellung
eines aus zwei in bezug zueinander verschiebbaren Teilen bestehenden Paßgehäuses
und die Fig. 9 und io eine Seitenansicht und eine Stirnansicht einer Zahnradluftpumpe.
deren Gehäusewände zu einem großen Teil in der Stirnwand des Getriebegehäuses ausgebildet
sind.
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Die Fig. i zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Motor 12,3 und einem
Geschwindigkeitsschaltgetriebe ioo. zog ist der Bedienungshebel für das Getriebe.
In dem Getriebe ioo wirken zwei Zahnräder, von denen mindestens eines der Kraftübertragung
zwischen dem Motor und den Laufrädern dient, als Zahnradluftpumpe. Der von ihnen
erzeugte Unterdruck wird durch die Verbindungsleitung io2 zu einer Verbrauchsstelle
für Luftunterdruck 103 geleitet, welche im vorliegenden Beispiel die Antriebsvorrichtung
eines Windscheibenwischers ist.
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In den Fig. 2 und 3 ist das Getriebe ioo im größeren Maßstabe dargestellt,
und es ist veranschaulicht, wie zwei stets miteinander in
Eingriff
stehende Zahnräder 107 und io8 von einem Paßgehäuse umgeben sind, so daß eine Luftpumpwirkung
ermöglicht wird. Das in einem Stück mit der Welle io6 hergestellte Zahnrad io8 liegt
im unteren Teil des Getriebegehäuses und läuft daher dauernd im Schmieröl um. Das
Schmieröl wird in den Zahnlücken dieses Zahnrades bis zur Eingriffsstelle mit dem
Gegenrad 107 heraufgetragen. Das Luftpumpenpaßgehäuse i io umgibt die beiden Zahnräder
zur Hauptsache im Bereich ihrer Eingriffsstelle 111. 112 sind die Seitenwände des
Paßgehäuses. Sie liegen dicht an den Stirnflächen der Räder an, und zwar so, daß
einerseits die Räder ohne Reibungshemmungen umlaufen können und andererseits eine
zuverlässige Abdichtung durch 01 zustande kommt. Zwischen den Seitenwandungen
112 sind die Querwände 113 und 114 vorgesehen, welche an die Stirnseiten der beiden
Räder, und zwar von der Eingriffsstelle ausgehend, angrenzen. Sie sind als Zylinderwände
gleichmittig mit den Rädern ausgebildet. An der Eingriffsstelle entsteht durch die
Seiten- und Querwände des Paßgehäuses die gegen das Schmiermittelbad abgeschlossene
Kammer 116, die durch die Kanten 115 gebildet wird. Wenn die Zähne der beiden Zahnräder
sich von dieser Kammer fortbewegen, wie es im Beispiel angenommen ist, stellt sie
eine Unterdruckkammer dar. Die eine der Seitenwände 112 ist mit einer Öffnung 117
versehen, durch die die Verbindung der Leitung io2 mit der Unterdruckkammer i 16
hergestellt wird. An die Leitung 102 können mehrere Hilfseinrichtungen angeschlossen
sein. Die Seitenwände 112 und die Querwände 113, 114 erstrecken sich so weit von
der Eingriffsstelle nach außen, daß die Luft zuverlässig aus der Kammer i 16
herausbefördert wird.
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Da das Zahnrad io8, wie zuvor erwähnt, in dem mit Öl gefüllten unteren
Teil 118 des Getriebegehäuses ioo umläuft, so wird genügend öl zu der Eingriffsstelle
gefördert, um die für die Luftpumpwirkung nötige Abdichtung in der Kammer 116 zu
gewährleisten.
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In den Zahnlücken zwischen den sich von der Kammer fortbewegenden
Zähnen herrscht ein kleinerer Druck als im Getriebegehäuse. Beim Verlassen des Paßgehäuses
würden somit plötzlich Luft und öl in die jeweilige Zahnlücke einströmen und Geräusche
verursachen. Um dem zu begegnen, wird das Spiel zwischen dem Radumfang und den angrenzenden
Wandungen des Paßgehäuses allinählich vergrößert, oder es werden Nuten iicg vorgesehen
(Fig.3), durch welche Luft und Öl mit verhältnismäßig geringerer Geschwindigkeit
einströmen können. Um das Paßgehäuse i io als besonderen Teil in das Getriebegehäuse,
ein- und aus diesem ausbauen zu können, ist es auf der Achse 121 des unteren Rades
io8 gelagert. Diese Anordnung gewährleistet im übrigen eine gleichförmige Lage der
Paßgehäusewand 114 in bezug zum Zahnrad io8. An seinem oberen Ende wird das Paßgehäuse
von einem Zapfen 12,2 getragen, und zwar so, daß es auf diesem Zapfen zur Anpassung
an geringe, beim Arbeiten der Zahnräder auftretende Seitenverschiebungen ein leichtes
Spiel ausführen kann. Die miteinander kämmenden Räder können gegebenenfalls etwas
konisch geformt sein, damit sich ein genügendes Spiel zum schnellen Anpassen an
irgendwelche seitlichen Verschiebungen der Räder ergibt, ohne daß die Pumpwirkung
nachteilig beeinflußt wird.
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Vorstehend wurde die Ausbildung einer Luftpumpe an zwei außen verzahnten
Rädern dargestellt. Es ist auch möglich, den Erfindungsgedanken auf ein Getriebezahnradpaar
anzuwenden, dessen eines Rad eine Innenverzahnung aufweist.
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Wenn das Getriebe aus Zahnrädern mit Boden oder Schrägzähnen besteht,
so ist angesichts des im allgemeinen dabei auftretenden erheblichen Axialdruckes
mit stärkerem seitlichem Spiel der Zahnräder zu rechnen. Die Spielbewegungen zweier
zusammenarbeitender Räder sind einander entgegengerichtet und addieren sich demzufolge.
Für eine gute Abdichtung zwecks Erzielung einer einwandfreien Luftpumpwirkung ist
es daher wichtig, das Spiel der Zahnräder in bezug zum Paßgehäuse auszugleichen.
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In den Fig. q. und 5 ist eine Ausführungsform des Paßgehäuses gezeigt,
bei der das obere Zahnrad 6' die Zähne seitlich begrenzende Ringe i9' und 2o' an
beiden Seiten aufweist. Diese Ringe sind fest mit dem Zahnrad 6' verbunden und laufen
daher mit diesem um. Diese Ringe stellen -einen Teil des Paßgehäuses dar, der andere
Teil wird durch die Seitenwände i.@ und die Querwände 16' gebildet. Die Ringe 19',
20' sind genau auf den Außendurchmesser des Rades 6' geschliffen und stehen mit
der Fläche 3o der Seitenwände 1q.' in einer durch das Schmiermittel gedichteten
engen Berührung. Um eine gute Dichtung zwischen den in Eingriff stehenden Zähnen
zu gewährleisten, ist das Rad 6' gegenüber dem Gegenrad 8 um mindestens so viel
verbreitert, wie das größte Seitenspiel beider Zahnräder zusammen ausmacht. Daraus-
ergibt sich eine entsprechende Verbreiterung der bogenförmigen Querwände 16'.
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Der aus den Wänden 1q.' und 16' bestehende Hauptteil des Paßgehäuses
wird von einem Zapfen 25' getragen. Der Zapfen
ist im Beispiel rohrförmig,
um gleichzeitig als Anschluß an die zur Unterdruckkammer führende Öffnung 27' dienen
zu können. Das Paßgehäuse ist außerdem an einer Feder 3z aufgehängt, die am Getriebegehäuse
befestigt ist. Die Feder drückt die bogenförmigen Querwände. 16' und 17' gegen den
Umfang der Räder, um eine gute Umfangsabdichtung hervorzubringen. Um eine Bewegungsmöglichkeit
des Paßgehäuses im Sinne der Federbewegung zu ermöglichen, ist die Bohrung, durch
welche der Rohrzapfen 25' hindurchgeführt ist, mit etwas größerem Durchmesser ausgeführt
als der Zapfen. Das Spiel des Paß.gehäuses um den Zapfen wird zweckmäßig durch eine
Dichtung 32 abgeschlossen, die im Hinblick auf die Wirkung der Feder 31 hini-eichend
nachgiebig ist. Als Dichtungsstoff kommt z. B. synthetisches Gummi in Frage, das
gegen hohe Temperaturen und gegen Öl widerstandsfähig ist.
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Um Luftgeräusche zu vermeiden, sind in jeder der bogenförmigen Wandungen
z6', 17'
Schlitze 35 für den allmählichen Ausgleich des Druckes in den von
der Eingriffsstelle kommenden Zahnlücken im Getriebegehäuse vorgesehen.
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Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen ein Paßgehäuse,welches aus zwei
Teilen besteht, die in bezug zueinander seitlich verschiebbar sind. Der obere Teil
51 hat eine Tragfläche 52 mit Einschnitten 53, in denen eine Querrippe 54 des unteren
Tragteiles 55 gleitet. Jeder der beiden Teile besteht aus zwei Seitenwänden und
einer bogenförmigen Querwand. Die Seitenwände des oberen Teiles sind mit 58 und
die des unteren Teiles mit 61 bezeichnet. Die bogenförmige Querwand 56 des oberen
Teiles trifft mit der bogenförmigen Querwand 57 des unteren Teiles in einer Längskante
zusammen, durch welche sich der Luftkanal 27" öffnet. Dieser Kanal führt zu der
Anschlußstelle des Führungs-und Tragzapfens 25".
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Jeder einzelne Paßteil folgt den seitlichen Bewegungen des ihm zugehörigen
Rades. Die untere Kante 59 der Seitenwände 58 des oberen Paßteiles ist teilweise
als zum oberen Zahnrad gleichmittige Kreislinie geformt. Die Seitenwände 61 des
unteren Teiles weisen die dazu passende konkave Form 6o auf.
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Um die Abdichtung der Unterdruckkammer 23 zu verbessern, können die
verschiedenen Seitenwände mit bogenförmigen Ölnuten 62
versehen sein, wie
es die Fig. 7 und-8 zeigen. Diese Nuten verlaufen innerhalb des Zahn-' fußkreises
und sind so angeordnet, daß- von einer unter Überdruck stehenden Stelle aus Öl durch
sie hindurchgedrückt wird. Eine derartige Stelle ist im -Beispiel die der Unterdruckkammer
23 in bezug zur mittleren Eingriffsstelle gegenüberliegende Überdruckkammer 63.
Von dieser Kammer aus wird Öl durch radiale Verlängerungen 64 in die Nuten 62 hineingepreßt.
Hierdurch ergeben sich an der Saugseite des Gehäuses besondere Abdichtungslinien.
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Die Fig. 9 und to veranschaulichen eine Ausführungsform einer durch
Zahnräder am Getriebekasten eines Kraftfahrzeuges gebildeten Luftpumpe, bei der
ein erheblicher Teil der die Luftpumpwirkung ermöglichenden Wandungen in der Stirnwand
des Getriebegehäuses selbst geformt ist. So dient die Wand 47 als eine Seitenwand
für beide Zahnräder 6" und B. Im übrigen wird für das Rad 6" die andere Seitenwand
durch eine Schulter eines Ansatzes an einem Synchronisierkessel 15 gebildet. Es
ist in diesem Falle nur erforderlich, eine -Seitenwand 48 für. das untere Zahnrad
8 sowie ein Stück mit den bogenförmigen Querwänden r6" und z7" vorzunehmen. Die
Seitenwand 48 ist in Anpassung an den Ansatz des Synchronisierkessels konkav zylindrisch
geformt und so geschliffen, daß eine bei Anwesenheit von Schmiermitteln luftdichte
Berührungsstelle entsteht. Die Seitenwand 48 ist nachgiebig befestigt, und zwar
dadurch, daß unter die Befestigungsschrauben 39' Federscheiben 4ö gelegt sind. Das
Getrieberad 6" ist breiter als das Getrieberad 8 ausgebildet. Infolgedessen sind
auch die Tragflächen der Seitenwand q.8 und die Bogenwände r6" und z7" verbreitert,
damit die nötige Flüssigkeitsabdichtung bei seitlichem Spiel der Räder gewährleistet
ist.
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Wie es aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ist es für die
Erzielung einer guten Abdichtung an der Eingriffsstelle der Zahnräder der Luftpumpe
-nötig, daß das eine, und zwar im allgemeinen das untere Zahnrad hinreichend tief
in das Schmierölbad eintaucht. Es .ist daher zweckmäßig, die Pumpe im Getriebegehäuse
so anzuordnen, daß ihr unteres Rad möglichst im Bereich der tiefsten Stelle des
Getriebegehäuses zu liegen kommt. Um der Gefahr eines Abflusses des Schmiermittels
vom unteren Rade, wie sie z. B. beim Bergauf- oder Bergabfahren und beim Anfahren
oder beim Bremsen auftritt, zu begegnen, wird vorteilhaft eine Zwischenwand entsprechend
der Wand 34 in der Fig. 4 angeordnet. Diese hält das Schmieröl in jedem Falle in
dem Raum des unteren Getrieberades der Luftpumpe zurück.
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Insbesondere bei der Verwendung von Zahnrädern mit Schrägzähnen für
die Luftpumpzwecke. gemäß der Erfindung besteht die Gefahr, daß das von den Zahnlücken
des unteren Rades beim Durchlaufen des Schmierölbades erfaßte Öl seitlich von den
Zähnen
abfließt. Um dieser Gefahr zu begegnen und die Förderung
des Schmieröles bis zur Eingriffsstelle sicherzustellen, werden vorzugsweise die
seitlichen Paßgehäusewände weit heruntergezogen, wie es z. B. die Ausbildung der
Wände 38 in der Fig. 5 zeigt.
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Zwecks Geräuschverminderung wurde in den beschriebenen Ausführungsformen
vorgeschlagen, Kanäle oder Schlitze zum Druckausgleich in den Paßgehäusewänden anzuordnen.
Es kann auch in Frage kommen, die Unterdruckleitung, welche zu den einzelnen zu
betätigenden Hilfseinrichtungen führt, mit einem Entlüftungsrückschlagventil zu
versehen, das bei Abstellen des Antriebs der Hilfseinrichtungen in Wirksamkeit treten
kann. Die Anordnung dieses 13,ückschlagv entils kann eine zusätzliche Maßnahme zur
Anordnung der Entlüftungskanäle und -schlitze darstellen.
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In dem Ausführungsbeispiel ist der Erfindungsgedanke in Anwendung
für Unterdruck erzeugende Luftpumpen dargestellt. Selbstverständlich kann gemäß
der Erfindung auch die Verwendung von Getrieberädern für die Erzeugung von Luftüberdruck
in Frage kommen.