EP2205871A1

EP2205871A1 - Innenzahnradpumpe für eine bremsanlage

Info

Publication number: EP2205871A1
Application number: EP08804523A
Authority: EP
Inventors: Rene Schepp; Norbert Alaze
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-07-14
Also published as: JP2011501034A; WO2009053188A1; CN101835986A; US20100233005A1; US8579619B2; DE102007050820A1; CN101835986B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe (10) für eine Bremsanlage, in deren Pumpengehäuse (11) ein innenverzahntes Hohlrad (12) und ein in der Verzahnung des Hohlrades (12) kämmendes Ritzel (13) um parallele Achsen drehbar gelagert sind, wodurch ihre Verzahnungen einen sich etwa sichelförmig verjüngenden Pumpenraum begrenzen, in dem ein der Länge nach abgestütztes Füllstück (14) angeordnet ist, dessen nahezu entsprechend dem Kopfkreis von Hohlradverzahnung oder Ritzelverzahnung gekrümmte Umfangsflächen an mehreren von ihnen überdeckten Zahnköpfen dichtend anliegen, wobei über einen Längenbereich des Füllstücks (14) eine radiale Stützkraft zur besseren Abdichtung einer Umfangsfläche des Füllstücks (14) gegenüber den die Umfangsfläche abstützenden Zahnköpfen wirksam ist. Erfindungsgemäß ist zwischen den Umfangsflächen des Füllstücks (14) und den gegenüberliegenden Zahnköpfen von Hohlrad (12) und Ritzel (13) eine Spielpassung vorgesehen und die Spielbehaftung des Füllstücks (14) ist durch in entgegengesetzten Radialrichtungen wirkende Stützkräfte, die im Abstand voneinander am Füllstück (14) angreifen, bereichsweise eliminiert.

Description

Beschreibung

Titel

Innenzahnradpumpe für eine Bremsanlage

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Innenzahnradpumpe für eine Bremsanlage nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 aus, wie sie insbesondere im Hydrauliksystem der Bremsanlagen von Fahrzeugen verwendet wird.

Eine derartige Innenzahnradpumpe ist z. B. in der DE 19613833 B4 bereits offenbart. Das Fluid wird hierbei in üblicher Weise von der Saugseite zur Druckseite der Innenzahnradpumpe gepumpt, indem in einem sichelförmigen Ringraum der Pumpe zwischen Hohlrad und Ritzel ein sich zur Druckseite verjüngendes Füllstück angeordnet ist, das mit einem Ende axial gegen den Fluiddruck auf der Druckseite an einer Anschlagfläche abgestützt ist. Das Füllstück liegt mit seiner gekrümmten Innen- bzw. Außenumfangsfläche unter radialer Abdichtung an mehreren Zahnköpfen von Ritzel bzw. Hohlrad an. Da die von den abgedichteten Zahnlücken der im gleichen Richtungssinn drehenden Zahnräder mitgenommene Fluidvolumina am verjüngten Ende des Füllstücks zusammengeführt wer- den, ergibt sich in diesem Bereich der Pumpe das gewünschte hohe Druckniveau. Um im

Bereich der Zahnköpfe eine möglichst wirkungsvolle Abdichtung der Zahnlücken zu erreichen, ist das Füllstück aus einem das Basisteil bildenden Segmentträger und einem beweglich am Segmentträger abgestützten Dichtsegment zusammengesetzt, wobei die Umfangsfläche des Segmentträgers an den überdeckten Zahnköpfen des Ritzels und die gegenüberliegende Umfangsfläche des Dichtsegments an den überdeckten Zahnköpfen des Hohlrades anliegt. Zwischen Segmentträger und Dichtsegment ist ferner eine Blattfederanordnung mit drei Blattfedern abgestützt, durch welche Segmentträger und Dichtsegment auseinandergedrückt werden und somit unter einer Federbelastung an den überdeckten Zahnköpfen anliegen. Zusätzlich werden Segmentträger und Dichtsegment bei entsprechenden Betriebsbedingungen über einen etwa dem halben Betriebsdruck entspre- chenden Fluiddruck auseinandergedrückt, da ein durch elastische Dichtrollen aus einem Elastomer- oder Polymerwerkstoff abgeteilter Zwischenraum zwischen Segmentträger und Dichtelement durch Ausnehmungen fluidisch mit einem Druckaufbaubereich des Hohlrades verbunden ist. Die Dichtrollen greifen in eine zugeordnete Nut ein und müssen während der Verlagerung des Dichtelementes mittels jeweils einer der drei Blattfedern in ihrer Dichtposition gehalten werden. Somit bleibt die Abdichtung zwischen den überdeckten Zahnköpfen und der mit ihnen zusammenwirkenden Umfangsseite von Segmentträger und Dichtelement bei steigendem Druckniveau der Pumpe durch Erhöhung der Anpresskraft automatisch wirksam. Die Zahnradpumpe ist insbesondere aufgrund des aus vielen Teilen zusammengesetzten Füllstücks technisch sehr aufwändig und die Herstellung der Innenzahnradpumpe entsprechend teuer.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe nach den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sie technisch einfacher gestaltet werden kann und sich dadurch kostengünstiger herstellen lässt. Die Anforderungen an die Maßhaltigkeit des Füllstücks sind dabei schon dadurch geringer, dass keine an sich bei Zahnradpumpen angestrebte, im Wesentlichen formschlüssige und somit dichtende Ein- passung des Füllstücks in den sichelförmigen Pumpenraum zwischen Hohlrad und Ritzel vorgesehen ist, sondern dass gezielt etwas Umfangsspiel des Füllstücks zu den Kopfkreisen der korrespondierenden Verzahnungen geschaffen wird. Aufgrund dieser „Spielpassung" können beim Füllstück relativ großzügige Toleranzbereiche gewählt werden, was sich im Hinblick auf die Fertigungskosten desselben günstig auswirkt. Die zur Vermei- düng druckmindernder Leckverluste der Innenzahnradpumpe erforderliche, möglichst spielfreie Anlage der Umfangsflächen des Füllstücks an den überdeckten Zahnradköpfen von Hohlrad bzw. Ritzel wird erst über die im Längenabstand am Füllstück in entgegengesetzten Radialrichtungen wirkenden Stützkräfte erreicht. Auch sind die spielfrei anliegenden Bereiche des Füllstückumfangs relativ kurz. Prinzipiell könnten zur Erzeugung der Spielfreiheit z. B. zwei Federkräfte auf entgegengesetzten Umfangsseiten entsprechend am Füllstück angreifen und das Füllstück auf die Verzahnung des Hohlrades einerseits und die Verzahnung des Ritzels andererseits niederdrücken. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch angegebenen In- nenzahnradpumpe möglich.

Besonders vorteilhaft ist das Füllstück als zweiarmiger, im Mittelbereich wippenartig gelagerter Hebel gestaltet, dessen Endbereiche durch Kippverlagerung des Füllstücks spielfrei an der Verzahnung von Hohlrad einerseits und der Verzahnung vom Ritzel andererseits zur Anlage gebracht werden können. Durch die Zwischenlagerung des Füllstücks können die in einem Längenabstand voneinander am Füllstück angreifenden Stützkräfte zentral in den zweiarmigen Hebel eingeleitet werden und dessen Endbereiche auf die zugeordnete Verzahnung niedergedrückt werden. Es wäre folglich zur Erzeugung der Stützlast für die Kippverlagerung nur noch ein einziges Element wie z. B. eine Belastungsfeder erforderlich.

Zur Kippverlagerung des Füllstücks ist eine Drehlagerung über eine Schwenkachse technisch besonders sinnvoll, da hierdurch eine definierte, mit hoher Präzision reproduzierbare Bewegungssteuerung des Füllstücks möglich wird. Zudem lässt sich eine hinreichend exakte Drehlagerung über einen von einem Achsbolzen oder dgl. gebildete Schwenkachse auf technisch einfache Weise erzeugen und kann gleichzeitig zur Abstützung des Füll- Stücks in Längsrichtung des sichelförmigen Pumpenraums dienen. Diese Doppelfunktion der Drehlagerung führt zu einer insgesamt einfacheren Konstruktion der Innenzahnrad- pumpe.

Wenn die Andrückkraft der Füllstückenden an den zugehörigen Zahnköpfen entgegenge- setzt gleich groß sein soll, ist das Füllstück vorzugsweise spiegelsymmetrisch gestaltet, wobei die Spiegelachse mit der Drehachse zusammenfällt. Hierdurch wird außerdem die Eignung der Innenzahnradpumpe für einen richtungsumkehrbaren Pumpbetrieb verbessert. Im Interesse dieser Eignung ist es auch zweckmäßig, wenn die Schwenkachse des Füllstücks mittig - also im Bereich der größten Exzentrizität - im Pumpraum der Innen- zahnradpumpe angeordnet ist.

Im Idealfall ist das Füllstück, ggf. abgesehen von der dieses lagernden Schwenkachse, einteilig ausgebildet, wobei zusätzlich allenfalls eine Belastungsfeder zum Schwenkantrieb des Füllstücks vorgesehen sein kann. Durch technisch geschickte Anordnung und Gestaltung des Füllstücks im Pumpraum der Innenzahnradpumpe kann dabei sogar eine - A -

Druckdifferenz des Fluids zwischen Innenumfang und Außenumfang des Füllstücks ausgenutzt werden, um die nötige Schwenkkraft auf das Füllstücks auszuüben. Hierdurch ergibt sich eine weitere wesentliche Vereinfachung der Pumpenkonstruktion.

Die Gewinnung der Druckdifferenz zum Erzeugen der Schwenkkraft am Füllstück wird erleichtert, wenn das auf der Druckseite der Innenzahnradpumpe liegende Ende des Füllstückes mit einer etwa radial verlaufenden Stirnseite versehen ist.

Wegen des Funktionsprinzips des Erfindungsgegenstandes ist die spielfreie Anlage des Füll- Stücks auf einen relativ kurzen Umfangsabschnitt begrenzt. Insbesondere bei mit hohem Betriebsdruck arbeitenden Pumpen ist es daher wichtig, dass an der Verzahnung des Hohlrades zur Vermeidung eines zu steilen Druckabfalls eine ausreichende Anzahl von Zahnköpfen vom Außenumfang des Füllstücks überdeckt wird. Dies ist problemlos möglich, wenn der Außenumfang des Füllstücks etwa die Hälfte der sich nicht im Eingriff mit dem Ritzel befindenden Zahn- köpfe des Hohlrads überdeckt.

Insbesondere bei spiegelsymmetrischer Gestaltung der Innenzahnradpumpe lässt sich deren Pumprichtung durch Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors und damit des Ritzels einfach umkehren. Die Pumpleistung kann dabei ohne bauliche Änderungen an der Innenzahnradpumpe gleich bleiben, zumindest wenn Ein- und Ausströmöffnung der Innenzahnradpumpe einen gleich großen Durchtrittsquerschnitt aufweisen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben und näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der einzigen Figur der Zeichnung ist das Innere einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe mit zugehöriger Füllstückanordnung in Seitenansicht gezeigt.

Ausführungsform der Erfindung

Eine in der einzigen Figur gezeigte Innenzahnradpumpe 10 für ein Hydrauliksystem einer Bremsanlage umfasst als Hauptbestandteile ein in einem Gleitlager eines Pumpengehäu- ses 11 drehbar gelagertes Hohlrad 12 mit Innenverzahnung, in der eine korrespondierende Gegenverzahnung eines exzentrisch zum Hohlrad 12 im Pumpengehäuse 11 drehbar gelagerten Ritzels 13 kämmt. Die Innenverzahnung des Hohlrades 12 verfügt im dargestellten Ausführungsbeispiel über neunzehn und die Außenverzahnung des Ritzels 13 über dreizehn Zähne. Vom Ritzel 13 greifen etwa vier Zähne in korrespondierende Zahnlücken des oberen Verzahnungsbereichs des Hohlrades 12 ein, da die Drehachsen von Ritzel 13 und Hohlrad 12 beide in einer senkrechten Ebene der Innenzahnradpumpe 10 liegen. Im Anschluss an den Eingriffsbereich des Ritzels 13 begrenzen die Kopfkreise von Hohlrad 12 und Ritzel 13 einen sichelförmigen Pumpenraum, in dessen unterer Hälfte ein im Wesentlichen an die Umfangskontur dieses Raums angepasstes, sichelförmiges Füllstück 14 angeordnet ist. Das Füllstück 14 hat die Aufgabe, die von ihm überdeckten Zahnlücken, die axial beidseitig von den Stirnseiten des Pumpengehäuses 11 bzw. darauf angeordneten Druckplatten abgedichtet sind, durch Anlage an Zahnköpfen im Bereich ihres Kopfkreises abzudichten. Das Füllstück 14 ist über eine von einem Achsbolzen gebildete Schwenkachse 17 mittig im sichelförmigem Pumpenraum drehbar gelagert, wobei die geometrische Drehachse der Schwenkachse 17 ebenfalls in der senkrechten Ebene der

Drehachsen von Ritzel 13 und Hohlrad 12 angeordnet und das Füllstück 14 bezogen auf die senkrechte Ebene spiegelsymmetrisch gestaltet ist. Mit der oberen bzw. inneren Um- fangsfläche verläuft das Füllstück 14 entlang dem Kopfkreis des Ritzels 13 und überdeckt hier gleichzeitig maximal fünf Zahnköpfe und vier Zahnlücken der Ritzelverzahnung. Die untere bzw. äußere Umfangsfläche des Füllstücks 14 verläuft demgegenüber entlang dem

Kopfkreis der Verzahnung des Hohlrades 12, wobei hier maximal acht Zahnköpfe und acht Zahnlücken der Hohlradverzahnung überdeckt werden. Die beiden Enden des Füllstücks 14 sind gerade abgeschnitten und bilden dem Querschnitt im verjüngtem Endbereich entsprechende plane Stirnseiten, die jeweils bezogen auf die Drehachse des Ritzels 13 radial verlaufen.

Wird das Ritzel 13 bei abgedichteten Zahnlücken z. B. mittels eines Elektromotors im Uhrzeigergegensinn gedreht, wie durch einen gebogenen Pfeil angedeutet ist, so wird das Hohlrad 12 über den Verzahnungseingriff im gleichen Richtungssinn mitgedreht. Hierbei wird die Hydraulikflüssigkeit in der Innenzahnradpumpe 10 in den Zahnlücken von Hohlrad 12 und Ritzel 13 vom Saugbereich 15 zum Druckbereich 16 der Innenzahnradpumpe 10 gefordert. Der Saugbereich 15 befindet sich demnach bei der eingezeichneten Drehrichtung in der linken Hälfte des Pumpengehäuses 11 und der Druckbereich 16 in der rechten Hälfte des Pumpengehäuses 11. Der Druckanstieg in der Hydraulikflüssigkeit entsteht bei gemeinsamer Rotation von Hohlrad 12 und Ritzel 13 durch Vereinigung der von deren Verzahnungen in den Zahnlücken mitgenommenen Fluidvolumina am verjüngten Ende des Füllstücks 14 am Druckbereich 16 in Verbindung mit der Überströmsperrung zwischen Saugbereich 15 und Druckbereich 16 der Innenzahnradpumpe 10 mittels des Füllstücks 14. Somit ist die Abdichtung zwischen Füllstück 14 und den von diesem überdeckten Zahnköpfen von entscheidender Bedeutung für das mit der Innenzahnradpumpe 10 im Hydrauliksystem aufzubauende Druckniveau des Fluids.

Wie in der Zeichnung nur mittelbar zu erkennen ist, liegen die Umfangsflächen des Füllstücks 14 nicht an allen überdeckten Zahnköpfen von Hohlradverzahnung bzw. Ritzel- Verzahnung an, sondern das Füllstück 14 ist mit geringfügigem Umfangsspiel in den sichelförmigen Pumpenraum eingefügt. Das Umfangsspiel des Füllstücks 14 wird durch eine Drehbelastung des Füllstücks 14 im Uhrzeigergegensinn um die Schwenkachse 17 gezielt in einem Anlagebereich 18 an seiner Innenumfangsfläche und in einem Anlagebereich 19 an der Außenumfangsfläche aufgehoben. Beide Anlagebereiche 18 und 19 be- finden sich an entgegengesetzten Endbereichen des Füllstücks 14, da es aufgrund der

Drehbelastung zum Verzwängen bzw. Verkanten des Füllstücks 14 zwischen den Verzahnungen von Hohlrad 12 und Ritzel 13 kommt.

Werden die Spielbehaftung des Füllstücks 14, seine Dimensionierung und seine Anord- nung z. B. in gezeigter Weise aufeinander abgestimmt, so ergibt sich die zur Eliminierung des Umfangsspiels des Füllstücks 14 notwendige Drehkraft aus den Druckverhältnissen im Inneren der Innenzahnradpumpe 10 selbst. Dann wirken nämlich beim Betrieb der Innenzahnradpumpe 10 zwischen der äußeren Umfangsfläche des Füllstücks 14 und der gegenüberliegenden Verzahnung des Hohlrads 12 ein Druckfeld DH und gleichzeitig zwi- sehen der inneren Umfangsfläche des Füllstücks 14 ein Druckfeld DR.

Wie am eingezeichneten Druckfeld DH zu erkennen ist, bleibt der durch variierende Pfeillängen gezeigte Druckverlauf zwischen Druckbereich 16 und Saugbereich 15 zunächst bis zur Schwenkachse 17 des Füllstücks 14 annähernd konstant und fällt danach zum Ende des Füllstücks 14 am Saugbereich 15 steil ab. Dieser Druckverlauf ergibt sich daraus, dass die Spielbehaftung im Uhrzeigersinn abnimmt, aber die Abdichtung zu den Zahnköpfen erst in der linken Hälfte des Füllstücks 14 hinreichend wirksam ist, um die Leckverluste auf ein Minimum begrenzen zu können. Aufgrund dieses Druckverlaufes wird das Füllstück 14 mit erheblicher Kraft im Uhrzeigergegensinn um die Schwenkach- se 17 drehbelastet, wodurch die Innenumfangsfläche des Füllstücks 14 im Anlagebereich 18 mit hoher Kraft auf den entsprechenden Zahnkopf des Ritzels 13 gedrückt wird.

Dieser Andrückkraft wirkt ein Druckfeld DR entgegen, das zwischen Verzahnung des Ritzels 13 und Füllstück 14 aufbaut wird. Wegen der großen Andrückkraft ist die Abdichtung zwischen Füllstück 14 und Ritzelverzahnung unmittelbar an den Druckbereich 16 angrenzend hinreichend wirksam, um die Leckverluste auf ein Minimum begrenzen zu können. Somit ergibt sich im Druckfeld DR von Anfang an ein steiler Druckabfall, der im Mittelbereich des Füllstückes 14 nahezu auf das Druckniveau des Saugbereichs 15 redu- ziert ist.

Da die Innenzahnradpumpe 10 bezogen auf ihre senkrechte Mittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet ist, lässt sich die Pumprichtung ohne bauliche Änderung durch Umschalten der Drehrichtung des Antriebsmotors umkehren. Hierbei käme es zu einem ent- sprechenden Wechsel der Druckfelder DR und DH, verbunden mit einer Drehbelastung des Füllstücks 14 im Uhrzeigersinn und einer Verlagerung der spielfreien Anlagebereiche 18 und 19 zum entgegengesetzten Endbereich der Umfangsfläche des Füllstücks 14. Falls an den Anlagebereichen 18 und 19 aufgrund der hohen Reibungskräfte übermäßige Abnutzung auftritt, kann die Innenzahnradpumpe 10 somit nach Drehrichtungsänderung oh- ne Austausch von Teilen problemlos weiterbetrieben werden.

Da die beschriebene Innenzahnradpumpe 10 nur wenige Bauteile und ein einfaches Füllstück 14 aufweist, zeichnet sie sich durch eine insgesamt einfache und robuste Bauweise aus. Somit lässt sie sich kostengünstig fertigen und lässt bei guten Pumpenkennwerten ei- ne hohe Lebensdauer erwarten.

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Claims

Ansprüche

1. Innenzahnradpumpe (10) für eine Bremsanlage, in deren Pumpengehäuse (11) ein innenverzahntes Hohlrad (12) und ein in der Verzahnung des Hohlrades (12) kämmendes Ritzel (13) um parallele Achsen drehbar gelagert sind, wodurch ihre Verzahnungen einen sich etwa sichelförmig verjüngenden Pumpenraum begrenzen, in dem ein der Länge nach abgestütztes Füllstück (14) angeordnet ist, dessen nahezu entsprechend dem Kopfkreis von Hohlradverzahnung oder Ritzelverzahnung gekrümmte Umfangsflächen an mehreren von ihnen überdeckten Zahnköpfen dichtend anliegen, wobei über einen Längenbereich des Füllstücks (14) eine radiale Stützkraft zur besseren Abdichtung einer Umfangsfläche des

Füllstücks (14) gegenüber den die Umfangsfläche abstützenden Zahnköpfen wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Umfangsflächen des Füllstücks (14) und den gegenüberliegenden Zahnköpfen von Hohlrad (12) und Ritzel (13) eine Spielpassung vorgesehen ist und dass die Spielbehaftung des Füllstücks (14) durch in entgegengesetzten Radialrichtungen wirkende Stützkräfte, die im Abstand voneinander am Füllstück (14) angreifen, bereichsweise eliminiert ist.

2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstück (14) ein zweiarmiger, im Mittelbereich wippenartig gelagerter Hebel ist, dessen Endbereiche durch Kipp Verlagerung des Füllstücks (14) zwischen den Zahnköpfen von Hohlrad (12) und Ritzel (13) zu verzwängen sind.

3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstück (14) um eine Schwenkachse (17) drehbeweglich im Pumpengehäuse (11) gelagert ist.

4. Innenzahnradpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstück (14) bezogen auf seine Schwenkachse (17) spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.

5. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse

(17) des Füllstücks (14) mittig im sichelförmigen Pumpenraum zwischen Hohlrad (12) und Ritzel (13) angeordnet ist.

6. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllstück (14) einteilig ausgebildet ist.

7. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schwenkbelastung des Füllstücks (14) eine Druckdifferenz zwischen den Umfangsflächen des dem Druckbereich (16) zugewandten Hebelarms des Füllstücks (14) genutzt ist.

8. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Druckbereich (16) der Innenzahnradpumpe (10) zugewandtes Ende des Füllstückes (14) eine etwa radial verlaufende Stirnseite aufweist.

9. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Füllstück

(14) annähernd über die halbe Länge des sichelförmigen Zwischenraums der Innenzahnradpumpe (10) erstreckt.

10. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenzahnrad- pumpe (10) richtungsumkehrbar angetrieben ist.

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