[0001] Die Erfindung betrifft eine sauggeregelte Zahnringpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1. Der Antrieb der Pumpe erfolgt in der Regel durch die das Ritzel tragende
Welle. Solche Pumpen werden z.B. zur Speisung von Hydrauliksystemen verwendet. Insbesondere
betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Pumpe gemäß Anspruch 11.
[0002] Insbesondere Kraftfahrzeugmotoren und -getriebe werden in einem großen Drehzahlbereich
betrieben. Die Drehzahl-Eckwerte könnten sich wie 10 : 1 und darüber verhalten.
[0003] Demgegenüber ist das Liefersoll der Schmierpumpe eines Kfz-Motors, die bei Automatikgetrieben
zusätzlich die Funktion der Druckversorgung der hydraulischen Schaltelemente und
der Wandlerbefüllung gegen Kavitation übernehmen muß, sowohl beim Motor als auch beim
Getriebe nur im unteren Drittel des Betriebsbereichs etwa proportional der Drehzahl.
Im oberen Drehzahlbereich steigt der Ölbedarf weitaus geringer als die Drehzahl des
Motors. Notwendig wäre somit eine antriebsgeregelte Schmieroder Hydraulikpumpe oder
eine solche mit drehzahlabhängig verstellbarer Fördermenge. Die gebräuchlichste Form
der Öl- und/oder Schmierpumpe ist die Zahnradpumpe, weil sie einfach, billig und zuverlässig
ist.
[0004] Nachteilig ist, daß die Förderleistung (pro Umdrehung) nicht regelbar, d.h. die
theoretische Fördermenge drehzahlproportional ist. Die praktische Charakteristik der
Fördermenge über der Drehzahl hängt von einer Fülle von Parametern ab wie Förderdruck,
Ölviskosität, Strömungswiderstand in der Saug- und Druckleitung, Konfiguratlon der
Verzahnung der Zahnräder, Breite der Zahnräder und Bauform der Pumpe. Eine Anpassung
der Förderlinie an die Bedarfslinie beispielsweise eines Verbrennungsmotors ist in
den meisten Fällen zu aufwendig, weshalb ein Bypassventil verwendet wird, das bei
Überschußförderung das zu viel geförderte Öl bei einem bestimmten eingestellten Förderdruck
abregelt und in die Saugleitung dekomprimiert zurückführt. Diese Regelung ist somit
im Abregelbereich stark verlustbehaftet, so daß der Wirkungsgrad mit zunehmender
Drehzahl in unerwünschter Weise abfällt. Der einzige praktikable Weg, diese Überschußmenge
ab einer bestimmten Pumpendrehzahl zu vermeiden, ist die Saugregelung. Da die Strömungswiderstände
mit zunehmender Ölgeschwindigkeit überproportional zunehmen, fällt der statische
Druck in der Ansaugöffnung der Zahnradkammer mehr und mehr ab, bis die sogenannte
Kavitationsdruckschwelle erreicht ist, d.h. bis der Dampfdruck des Öles unterschritten
ist. Der Zelleninhalt besteht dann teils aus flüssigem Öl, teils aus Öldampf, teils
auch aus angesaugter Luft, wobei er unter einem statischen Druck steht, der deutlich
unter dem Atmosphärendruck liegt. Es ist kein Problem, z.B. durch entsprechend enge
Saugleitungen oder durch eine Blende oder auch regelbar durch einen Saugschieber die
Strömungswiderstände im Saugrohr so festzulegen oder zu steuern, daß eine weitgehende
Anpassung der Nutzfördermenge der Zahnradpumpe an die Bedarfslinie des Verbrauches
erzeilt wird.
[0005] Nachteilig bei dieser Regelung ist die auftretende Kavitation. Wird nämlich der unter
niedrigem absoluten Druck stehende, teils aus Flüssigkeit teils aus Gas bestehende
Zelleninhalt schlagartig in Zonen höheren Druckes übergeführt, wie dies bei derartigen
Pumpen systembedingt der Fall ist, dann implodieren die gasförmigen Bestandteile des
Zelleninhaltes so heftig, daß unerwünschte Geräusche, und was noch schlimmer ist,
Zerstörungen an den Zellenwänden die Folge sind.
[0006] Soll eine volumetrische Pumpe dieser Art saugseitig durch Drosselung regelbar sein,
dann müssen diese Implosionen vermieden werden. Man geht dabei in bekannter Weise
so vor, daß man auf der Verdrängerseite der Pumpe, also im Bereich der sich verkleinernden
Zellen, dem Zelleninhalt genügend Zeit zur Verfügung stellt, durch graduelle Kompression
den statischen Druck in ausreichendem Maße so zu steigern, daß in dem Augenblick,
in dem die Zelle mit dem Auslaßkanal in Verbindung tritt, keine Implosionen von Gasblasen
mehr stattfinden können, weil diese durch stetige Verringerung des Zellenvolumens
bereits wieder zu Flüssigkeit kondensiert sind oder sich in der Flüssigkeit (z.B.
Luft) gelöst haben. Konstruktiv läßt sich diese Lösung am kompaktesten bei einer Innenzahnradpumpe
lösen, bei der die einzelnen Förderzellen voneinander dichtend getrennt sind. Die
Zeitspanne für die langsame Kompression der Dampf- und Lufträume wird konstruktiv
dadurch sichergestellt, daß auf der Verdrängeseite der Pumpe die Zellen zunächst nur
über Rückschlagventile mit dem Förderdruckraum in Verbindung stehen, so daß bei nicht
voll mit Flüssigkeit gefüllter Zelle der Förderdruck nicht darin wirksam werden kann.
[0007] Sind jedoch die Zellen schon auf der Ansaugseite ganz mit Flüssigkeit gefüllt, was,
wie eingangs erläutert, im unteren Drehzahlbereich der Fall ist, dann öffnet der
höhere Quetschdruck in der Zelle das Rückschlagventil in Richtung Druckförderraum,
so daß das verdrängte Öl mit nur leicht erhöhtem Zellendruck gegenüber dem Förderdruck
entsprechend dem Öffnungsdruck des Rückschlagventils und dessen Strömungswiderstandes
in den Druckraum strömen kann. Eine solche Konstruktion ist aus der DE-PS 30 05 657
bekannt. Bei dieser erstrecken sich über die ganze Druckhälfte der Pumpe im Gehäuse
zum Auslaßkanal führende Axialbohrungen, die im Abstand von der Zahnradkammer Rückschlagventile
enthalten, die nur dann öffnen, wenn der Druck der vor der jeweiligen Bohrung liegenden
Zelle den Druck im Auslaßkanal überschreitet. Diese Pumpe hat dementsprechend eine
große axiale Erstreckung. Die verwendeten Federventile können brechen. Auch ist der
unstetige Anschluß der Förderzellen an den Auslaßkanal nachteilig. Schließlich ist
auch die Druckverteilung in Bezug auf die Verwendung der kavitationsbedingten Implosionen
nachteilig.
[0008] Die Erfindung bezieht sich somit auf eine sauggeregelte Zahnringpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, bei der die Zähnezahldifferenz 1 ist und deren Zahnform dafür sorgt,
daß die Förderzellen voneinander abgedichtet sind.
[0009] Die Erfindung löst insbesondere die Aufgabe, eine kurz und mit geringem Durchmesser
bauende Pumpe zu schaffen, die sich auch durch günstigen Druckverlauf im Druckbereich
auszeichnet, auch in vorhandenen Konstruktionen nachträglich als Ersatz für die Schmierpumpe
eingebaut werden kann, zuverlässig im Betrieb ist und eine einfache Bauweise aufweist.
[0010] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
[0011] Die Erfindung ermöglicht es, durch Anpassung der Förderkennlinie an die Bedarfskennlinie
die bisher nötige Bypass-Anordnung mit großem Durchlaß in den meisten Fällen ganz
wegzulassen oder durch ein kleines Druckbegrenzungsventil zu ersetzen.
[0012] Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ist das Gehäuse außerordentlich einfach ausgebildet
und weist nur eine sehr geringe axiale Erstrekkung auf. Dadurch daß jede Förderzelle
unter Öffnen des Kugelventils zwar in die ihr vorauseilende Förderzelle beim sich
Verkleinern der Förderzelle Arbeitsflüssigkeit abgeben kann, nicht jedoch in der entgegengesetzten
Richtung, kann der Druck in jeder Förderzelle im Verkleinerungsbereich derselben
nur stetig gesteigert werden, bis der Druck auf den Wert in der Auslaßöffnung angewachsen
ist. Auf diese Weise werden die gefürchteten Implosionen vermieden, die Kavitationshohlräume
werden stetig bis auf Null abgebaut. Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß durch
die Kanäle mit den Kugelventilen ein nicht unerheblicher Strömungswiderstand zwischen
den benachbarten Förderzellen besteht.
[0013] Die Anordnung von Rückschlagventilen in den Zähnen der Räder ist an sich aus der
US-PS 35 15 496 bekannt.
[0014] Dem Grunde nach können bei der Erfindung beispielsweise die Mündungen der Ein- und
Auslaßkanäle in der das Hohlrad lagernden Umfangsfläche der Zahnkammer ausgesparte
Mündungen aufweisen, wobei dann die Verbindung zwischen den Zellen und den Kanalmündungen
durch Radialbohrungen im Hohlrad bewirkt ist. Bevorzugt sind jedoch die Mündungen
der Ein- und Auslaßkanäle in den Stirnwänden der Zahnradkammer als sogenannte Ein-
und Auslaßnieren angeordnet (Anspruch 2). Das erlaubt sehr große Zu- und Abströmquerschnitte
in die und aus den Förderzellen.
[0015] Die Überströmkanäle können beispielsweise in den Zahnradkörpern selbst vorgesehen
sein. Bevorzugt sind sie jedoch in den Zähnen der Räder angeordnet.
[0016] Die Rückschlagventile können z.B. von in entsprechenden Verbreiterungen der Überströmkanäle
angordneten Zylinderrollen mit zur Pumpenachse paralleler Achse gebildet sein, welche
sich unter dem Einfluß der Strömung jeweils gegen die entsprechende zu verschließende
Kanalmündung in die Verbreiterung legen. Es können auch federbelastete Ventile sein.
Bevorzugt sind die Rückschlagventile jedoch als Kugelventile ausgebildet, wobei die
Kugel jeweils durch die Fliehkraft der Drehbewegung des die Ventile enthaltenden Zahnrades
bestrebt ist, die Kugel auf den Ventilsitz zu pressen. Diese Ausbildung ist nicht
nur einfach im Aufbau sondern auch einfacher in der Herstellung und kommt ohne Ventilfedern
aus.
[0017] Im Prinzip können die Überströmkanäle beispielsweise als Nuten in einer Stirnseite
des entsprechenden Zahnrades ausgebildet sein, wobei eine Verbreiterung der Nut dann
das Rückschlagventil aufnimmt. In diesem Falle wird ein Teil der Wandung der Überströmkanäle
durch die entsprechende Stirnwand des Gehäuses gebildet. Insoweit gibt es ver schiedene
Möglichkeiten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch das
die Rückschlagventile enthaltende Zahnrad aus zwei Hälften ausgebildet (deren Trennebene
eine Normalebene zur Drehachse des Zahnrades ist), die in spiegelbildlicher Form jeweils
die Hälfte der Ventilkanäle und des Ventilsitzes enhalten.
[0018] Die beiden Hälften müssen nicht notwendig miteinander verbunden sein, da sie in ihrer
Drehlage durch die Zähne des korrespondierenden Zahnrades fixiert sind und sich auch
nicht axial voneinander entfernen können, da dies die Stirnwände der Zahnradkammer
verhindern.
[0019] Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die erfindungsgemäße Zahnradpumpe mit der Zähnezahldifferenz
1 eine solche ist, bei welcher sämtliche Zähne ständig im Eingriff mit Zähnen des
Gegenzahnrades sind. Dadurch ist eine besonders gute Führung der beiden Zahnradhälften
in Umfangsrichtung gegeneinander gewährleistet. Das gleiche gilt übrigens auch für
die Zentrierung.
[0020] Es wird jedoch bevorzugt, daß die beiden Hälften des die Überströmkanäle und Rückschlagventile
enthaltenden Rades miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann beispielsweise
durch Explosionsschweißen bewirkt sein. Selbstverständlich müssen die Ventilkörper
vor der Schweißverbindung in die entsprechenden Kammern eingelegt werden.
[0021] Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die beiden Hälften des Rades durch Sintern
miteinander verbunden sind. Schließlich können auch die beiden Hälften des die Überströmkanäle
enthaltenden Zahnrades mittels Axialschrauben miteinander verbunden sein.
[0022] Die beiden Hohlradhälften können in konventioneller Weise z.B. spangebend aus entsprechenden
Rohlingen hergestellt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
sind die beiden Hohlradhälften jedoch in einem pulvermetallurgischen Sinterverfahren
hergestellt. Das erlaubt den Verzicht auf jede Nacharbeit.
[0023] Als Werkstoff für die Zahnräder kommen bei der Erfindung z.B. hoch feste Sintermetalle
in Frage; es sind jedoch auch, je nach dem Verwendungszweck und der geforderten Stückzahl
Stahl oder Grauguß als Werkstoff geeignet.
[0024] Die Ventilkörper - vorzugsweise Kugeln - können beispielsweise Stahlkugeln sein.
Bevorzugt werden hier jedoch Kugeln aus nichtmetallischem Material oder Metallkugeln
verwendet, die mit einem nichtmetallischen Werkstoff beschichtet sind. Das wirkt
einem Anbacken der Kugeln an den Ventilsitzen entgegen. Die Herstellung aus nichtmetallischem
Material verringert darüberhinaus auch noch die Massenkräfte.
[0025] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Überströmkanäle in den Zähnen des
Ritzels angeordnet und besitzen dabei eine von einer der Axialstirnflächen des Ritzels
eingearbeitete die Kugeln aufnehmende Höhlung, wobei die Zu- und Abflußkanäle zu
diesen Höhlungen dann gebohrt sind.
[0026] Eine besonders gute Führung der Ventilkugeln erhält man, wenn man im Rückschlagventil
eine Stützkante vorsieht, die auf die Kugel eine tangential wirkende Komponente der
Fliehkraft in Richtung Ventilsitz erzeugt. Das erlaubt eine besonders strömungsgünstige
Führung der Überströmkanäle.
[0027] Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Einsatz der Pumpe als Öl- und/oder
Hydraulikpumpe für Kraftfahrzeugmotoren und/oder Getriebe, insbesondere Automatikgetriebe.
Die Erfindung ist jedoch auch für andere Anwendungen z.B. in hydraulischen Steuersystemen
geeignet.
[0028] Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen.
[0029] In diesen zeigt
Fig. 1 eine vollständige Zahnringpumpe nach der Erfindung teilweise im Schnitt in
einer Normalebene zu den Achsen der Zahnräder. (Hierbei sind die Rückschlagventile
im Hohlrad angeordnet. Der Schnitt liegt in der Hohlradmitte),
Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt entlang der Linie A - A durch einen Hohlradzahn
nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Zahnradsatzes, bei dem die Überströmkanäle
im Ritzel angeordnet sind und der Schnitt ebenfalls etwa durch die Mitte des Zahnrades
verläuft,
Fig. 4 einen Schnitt durch einen Zahn des Ritzels gemäß Fig. 3 entlang der Linie
B - B,
Fig. 5 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher
der Schnitt durch das Hohlrad wieder in einer Normalebene zur Achse durch die Mitte
des Hohlrades verläuft, und
Fig. 6 einen Teilschnitt durch Fig. 5 entlang der Linie C - C.
Fig. 7 zeigt schließlich die gemessenen Kennlinien einer Zahnringpumpe gemäß Fig.
1 und 2.
[0030] Die in Fig. 1 gezeigte Pumpe besitzt ein vereinfacht dargestelltes Pumpengehäuse
1, in dessen zylindrischer Zahnradkammer das Hohlrad 2 mit seinem Umfang auf der Umfangswandung
der Zahnradkammer gelagert ist. Ebenfalls im Pumpengehäuse ist die das Ritzel 4 der
Zahnringpumpe tragende Welle 3 gelagert. Es sind insoweit jedoch auch andere Lagerungen
möglich. Das Ritzel besitzt einen Zahn weniger als das Hohlrad, so daß sämtliche Zähne
des Ritzels ständig mit einem Zahn des Hohlrades im Eingriff sind, wodurch alle durch
die Zahnlücken von Ritzel und Hohlrad gebildeten Förderzellen 13 und 17 ständig gegen
die benachbarten Zellen abgedichtet sind. Die Drehrichtung der Pumpe ist im Uhrzeigersinn,
wie durch den Pfeil 18 angedeutet. In der in Fig. 1 hinter der Zeichenebene liegenden
Stirnwand der Zahnradkammer ist die Ansaugöffnung 11 vorgesehen, die in der Zeichnung
ge strichelt dargestellt ist. Ebenfalls gestrichelt ist in der linken Hälfte oben
die Auslaßöffnung 19 dargestellt. Ansaug- und Auslaßöffnung sind hier als sogenannte
"Nieren" ausgebildet.
[0031] Die Mittelpunkte 5 und 6 der Zahnräder 2 und 4 besitzen den Achsabstand bzw. die
Exzentrizität 7, welche zusammen mit den Kopfkreisdurchmessern der Zahnräder verantwortlich
ist für das geometrisch spezifische Fördervolumen des Laufsatzes. Dieses ist noch
proportional der Breite 8 der Zahnräder. Diese geometrischen Größen bestimmen die
Steilheit der gestrichelt in Fig. 7 dargestellten theoretischen Förderlinie 9 der
Pumpe. Bei niedriger Drehzahl ist die Ansauggeschwindigkeit im hier nicht dargestellten
Zulaufkanal klein, so daß in der sich fast über den ganzen Ansaugumfangsbereich erstreckenden,
seitlich im Gehäuse angeordneten Ansaugniere 10, deren Umriß durch die gestrichelte
Linie 11 gezeigt ist, das Öl blasenfrei einströmen kann, da kein wesentlicher Unterdruck
auftritt. Der Verlauf des Unterdrucks ist unten in Fig. 7 bei 12 gezeigt. Da bei dieser
niedrigen Drehzahl und Zahnfrequenz auch die Strömungsimpedanz zwischen Zahn und
Zahnlücke klein ist, werden die Saugzellen in den Positionen 13 zwischen den im Eingriff
befindlichen Zähnen 14 und 15 mit weitgehend blasenfreiem Öl gefüllt. Wie aus der
Zeichnung ersichtlich, erstreckt sich die Mündung des Zulaufkanals oder der Ansaugniere
10 in Umfangsrichtung bis nahe an den Punkt 16 heran, welcher der Stelle tiefsten
Zahneingriffs diametral gegenüber liegt. Im Bereich dieses Punktes 16 haben die durch
zwei jeweils einander gegenüber liegende Zahnlücken gebildeten Förderzellen ihr größtes
Volumen erreicht und sind bei niedriger Drehzahl vollständig mit Öl gefüllt. Dreht
die Pumpe dann weiter und gelangen die Förderzellen in den Bereich links des Punktes
16 in Fig. 1, werden die Zellen in den Positionen 17 zu Verdrängerzellen, da sich
das Volumen der Förderzellen von hier an bis zu Stelle tiefsten Zahneingriffs bis
auf fast Null stetig verringert.
[0032] Bei nicht geregelten Zahnradpumpen dieser Art wird die Auslaßöffnung 19, deren Umriß
durch die gestrichelte Linie 20 gezeigt ist, eben falls bis dicht an den Punkt 16
herangeführt, und zwar möglichst weit, aber nicht so weit, daß zwischen Saug- und
Druckraum ein wesentlicher leckölwirksamer Kurzschluß entstehen kann. Damit können
die Förderzellen in den Positionen 17 schon zu Beginn ihrer Volumenreduktion das
Öl ohne Quetschverluste in den Druckkanal abgeben. Dabei steht die Auslaßöffnung und
somit auch schon die Förderzelle in der ersten Position 17.1 unter vollem Förderdruck.
Im Gegensatz hierzu wird bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Pumpe die Auslaßöffnung
der Zahnradkammer oder die Druckniere sehr weit in Umfangsrichtung auf die Stelle
tiefsten Zahneingriffs hin verkürzt, wie dies auch in Fig. 1 ersichtlich ist. Dabei
müssen sich die Förderzellen auch in den Positionen 17.1 bis 17.3 bei blasenfreier
Ölfüllung entsprechend entleeren können. Das ermöglichen die Überströmkanäle 128
in den Zähnen des Hohlrades 2. Jeder Überströmkanal 128 ist mit einem Rückschlagventil
21 versehen. Man erkennt, daß sich die Förderzellen in den Positionen 17.1 bis 17.3,
in denen ihr Volumen stetig abnimmt, durch die in Reihe geschalteten Überströmkanäle
128 mit den in ihnen angeordneten Rückschlagventilen 21.1 bis 21.3 in Förderrichtung
zur Druckniere hin entleeren können. Hierbei muß dann in den Förderzellen in den Positionen
17.1 bis 17.3 ein etwas höherer statischer Druck herrschen als in der Auslaßöffnung
der Druckniere 19, da die Überströmkanäle 128 mit den Rückschlagventilen 21 natürlich
bezüglich des Strömungswiderstandes verlustbehaftet sind. Bei niedriger Drehzahl sind
diese Verluste nicht hoch, da die Strömungsgeschwindigkeiten klein sind. Diese Drosselverluste
sollten natürlich durch eine entsprechende Konstruktion der Rückschlagventile so
klein wie möglich gehalten werden.
[0033] Die Mündungen der Überströmkanäle und/oder die Zahn- und Zahnlückenform müssen natürlich
so liegen bzw. dimensioniert sein, daß ein Flüssigkeitsstrom in Pumpendrehrichtung
an der Stelle tiefsten Zahneingriffs unterbunden ist. Das bietet keine Schwierigkeiten.
[0034] Bis zu einer bestimmten Grenzdrehzahl wird also bei der Pumpe nach der Erfindung
ebenfalls eine im Prinzip drehzahlproportionale Fördermenge geliefert. Wird diese
Grenzdrehzahl überschritten, so beginnt der statische Druck in der Zulaufleitung abzufallen
und sinkt dabei unter einen kritischen Wert ab, wie man dies am besten in Fig. 7 erkennt.
In dieser liegt bei der untersuchten Pumpe dieser Drehzahlbereich bei etwa 1200 U/min.
Ab 1450 U/min stagniert die Fördermenge trotz steigender Drehzahl, da der statische
Saugdruck unter den Verdampfungsdruck des Öles gefallen ist. Von nun an entstehen
Hohlräume in den Förderzellen in den Positionen 13, die sich theoretisch im Bereich
des Fußkreises 22 des Ritzels 4 konzentrieren, da das blasenfreie Öl durch Fliehkraft
radial nach außen gedrängt wird. Bei etwa 2100 U/min fördert die Pumpe nur noch 2/3
ihres maximalen Fördervolumens, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Dieser Zustand
ist in Fig. 1 durch eine gestrichelte Niveaulinie 23 als zum Hohlradmittelpunkt konzentrischer
Kreis dargestellt. Diese Niveaulinie 23 ist mit dem Niveauzeichen 24 versehen. Radial
innernalb der Niveaulinie befindet sich im wesentlichen Öldampf und/oder Luft, radial
außerhalb im wesentlichen Öl. Die Niveaulinie 23 geht durch den Zahnfußpunkt 25 der
Förderzelle in der Position 17.3, die gerade im Begriff ist, mit der Druckniere oder
Auslaßöffnung 19 in Verbindung zu treten. Die Pumpe ist vorteilhaft so ausgelegt,
daß auch bei den zu erwartenden maximalen Betriebsdrehzahlen die Niveaulinie nicht
wesentlich weiter radial nach außen wandert als bis zum Fußpunkt der Ritzelzahnlücke
der Förderzelle, die gerade beginnt, die Kante der Auslaßöffnung 19 zu erreichen.
[0035] Radial weiter innen kann diese Niveaulinie natürlich immer liegen, solange die Saugregelung
nicht leidet.
[0036] Da die Förderzellen in den Positionen 17.1 bis 17.3 durch Zahnflanken bzw. Zahnkopfeingriff
gegeneinander abgedichtet sind und die Rückschlagventile bei der gezeigten Konstruktion
nicht nur durch die auf die Ventilkugel wirkende Fliehkraft einerseits, sondern auch
durch den von den Zellenpositionen 17.1 über 17.2 zu 17.3 hin ansteigenden statischen
Druck geschlossen sind, kann der Förderdruck in der Auslaßöffnung 19 nicht in die
Förderzellen in den Positionen 17.1 bis 17.3 hinein wirken. Die Hohlräume 26 innerhalb
der Niveauringfläche 23 haben somit Zeit genug, sich bis zum Erreichen der Position
17.3 hin durch Zellenvolumenverringerung abzubauen, bis schließlich die Zelle in der
Position 17.3 mit der Druckleitung in Verbindung tritt. Die gefürchtete Kavitation
durch schlagartiges Implodieren der Hohlräume ist somit vermieden.
[0037] Wie man aus der Lage der Niveaulinie 23 in Fig. 1 entnehmen kann, ist eigentlich
bei Drehzahlen über 2100 U/min wieder Kavitation zu erwarten, da von da an der Füllungsgrad
der Pumpe weiter abfällt, wie dies Fig. 7 zeigt. In der Praxis hatte sich jedoch gezeigt,
daß der Übergang hier sehr schleifend ist und auch noch bei wesentlich höherer Drehzahl
Kavitationsgeräusche nicht wahrgenommen werden konnten. Dies dürfte dadurch verursacht
sein, daß durch dynamische Einflüsse weiterhin ein sehr sanfter Druckanstieg von der
Förderzellenposition 17.1 zur Position 17.3 hin stattfindet.
[0038] In Fig. 2 ist in stark vergrößerter Darstellung ein Schnitt durch die Fliehkraftkugelrückschlagventilanordnung
aus Fig. 1 dargestellt. Das Hohlrad besteht hier aus zwei Hälften, die in der durch
die Trennlinien 27 und 28 angedeuteten Trennebene miteinander verlötet oder verschweißt
sind. Links und rechts der Kugel 29 sind bei 30 Bypasskanäle 30 vorgesehen, damit
bei geöffnetem Ventilsitz 31 genügend Durchgangsquerschnitt vorhanden ist.
[0039] Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführung sind die Überströmkanäle 33, 34 in den
Zähnen des Ritzels durch Bohren erzeugt. Das hier z.B. aus Stahl gefertigte Ritzel
ist ungeteilt. Zur Bildung des Rückschlagventils ist von der einen Stirnfläche des
Ritzels her in die Zähne jeweils eine Kaverne 35 eingearbeitet, die eine Stützkante
32 aufweist, welche ebenso wie die später zu beschreibende Konstruktion gemäß Fig.
4 und 5 der Führung der Kugel 36 bei der Schließbewegung dient. Wenn die Kaverne nicht
im Sinterverfahren hergestellt ist, was am billigsten ist, kann sie auch mittels einer
z.B. NC-gesteuerten Fräsmaschine gefräst werden. Die Überströmkanäle 33 und 34 können
hier einfach gebohrt sein. Auch werden die Kugeln 36 durch die Fliehkraft und die
hydrostatische Kraft automatisch zentriert auf den Ventilsitz gedrückt. Sie sind durch
die Gehäusewand 37 am Herausfallen gehindert.
[0040] Wie aus den Zeichnungen ersichtlich sollten die Kanäle mit den Kugelventilen immer
so geführt sein, daß bereits die Fliehkraft bestrebt ist, die Ventilkugeln auf ihre
Sitze zu drücken. Das heißt also, die Ventilkanäle sollten bei der bevorzugten Ausführungsform
derart gekrümmt verlaufen, daß die Kugelbewegung, wie dies bei Fig. 1 der Fall ist,
eine wesentliche Radialkomponente aufweist. Hat man eine solche Möglichkeit nicht,
so kann man eine Stützkante 32 verwenden, um welche die Kugel kippen kann, so daß
die Kugel von der Fliehkraft zunächst auf die Stützkante 32 hingedrückt und unter
dem Einfluß der Fliehkraft weiterhin um diese Kante 32 hin in ihre den Ventilsitz
verschließende Lage schwenken kann.
[0041] Bei der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform sind die Überströmkanäle und die
Rückschlagventile im Hohlrad angeordnet, jedoch etwas strömungsgünstiger ausgebildet
als bei der Ausbildung gemäß Fig. 1 und 2. Zu diesem Zweck ist eine Stützkante 32
vorgesehen, die eine durch die Fliehkraft hervorgerufene tangentiale Schließkraftkomponente
erzeugt, so daß der Ventilsitz eine tangential Wirkungslinie C - C aufweist. Eine
solche Ausführung empfielt sich dann, wenn der Zahnradsatz sehr breit gemacht werden
muß. In diesem Falle muß bei niedriger Drehzahl und ungedrosseltem Betrieb sehr viel
mehr Öl durch die Rückschlagventile fließen.
[0042] Eine kostengünstige Herstellung der mit Überströmkanälen und Rückschlagventilen
versehenen Zahnräder gemäß den Fig. 1 und 2 und 5 und 6 kann durch axiale Teilung
der Zahnräder ermöglicht werden, wobei die Zahnradhälften im pulvermetallurgischen
Verfahren hergestellt werden können. Da die Dauerfestigkeit solcher pulvermetallurgisch
hergestellter Bauteile begrenzt ist, ist auch die Druckleistung der Pumpe in diesem
Fall begrenzt.
[0043] Will man diesen Nachteil der pulvermetallurgischen Herstellung vermeiden, so kann
die Pumpe beispielsweise gemäß den Fig. 3 und 4 hergestellt werden.
1. Sauggeregelte Zahnringpumpe
- mit einem Gehäuse,
- einem in einer Zahnradkammer des Gehäuses (1) drehbar angeordneten innen verzahnten
Hohlrad (2),
- einem einen Zahn weniger als das Hohlrad (2) aufweisenden mit dem Hohlrad (2) kämmenden
in diesem angeordneten Ritzel (4), dessen Zähne zusammen mit den Zähnen des Hohlrads
(2) sich vergrößernde (13) und wieder verkleinernde (17) aufeinanderfolgende Förderzellen
für die Arbeitsflüssigkeit bilden und gegeneinander abdichten,
- im Gehäuse (1) angeordneten Ein- und Auslaßkanälen für die Zufuhr und Abfuhr der
Arbeitsflüssigkeit, welche in die Zahnradkammer zu beiden Seiten der Stelle tiefsten
Zahneingriffs münden (10, 19),
- einer im Einlaßkanal vorgesehenen festen oder veränderbaren Drosselstelle,
- und mit Rückschlagventilen (21) im Druckbereich der Pumpe,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich das der Stelle tiefsten Zahneingriffs abliegende Ende der Mündung (19) des
Auslaßkanals so nahe an der Stelle tiefsten Zahneingriffs befindet, daß sich zwischen
ihm und der Umfangsstelle (16), an der die Förderzellen ((13, 17) beginnen, sich
zu verkleinern, ständig mehrere Förderzellen (17) befinden,
daß die Förderzellen (13, 17) jeweils mit den benachbarten Förderzellen durch in
wenigstens und vorzugsweise einem der Zahnräder (2, 4) vorgesehene Überströmkanäle
(128) verbunden sind,
und daß die Rückschlagventile (21) so in den Überströmkanälen (128) angeordnet sind,
daß sie einem Strömen der Arbeitsflüssigkeit entgegen der Förderrichtung entgegenwirken.
2. Zahnringpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (10, 19) der Ein- und Auslaßkanäle in den Stirnwänden bzw. einer
Stirnwand der Zahnradkammer liegen.
3. Zahnringpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (128) in den Zähnen der Räder (2) 4) angeordnet sind.
4. Zahnringpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (21) als Kugelventile ausgebildet sind, wobei die Fliehkraft
der Drehbewegung des die Ventile enthaltenden Zahnrades bestrebt ist, die Kugel auf
den Ventilsitz zu pressen.
5. Zahnringpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Rückschlagventile enthaltende Zahnrad (2) aus zwei Hälften besteht,
die in spiegelbildlicher Form jeweils die Hälfte der Überströmkanäle (128) und des
Ventilsitzes enthalten.
6. Zahnringpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnradhälften in pulvermetallurgischem Sinterverfahren hergestellt
sind.
7. Zahnringpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hälften des Rades durch Explosionsschweißen miteinander verbunden
sind.
8. Zahnringpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hälften des Rades durch Sintern miteinander verbunden sind.
9. Zahnringpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (21) aus nichtmetallischem Material bestehen oder mit einem nichtmetallischen
Werkstoff beschichtet sind.
10. Zahnringpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (33, 34) im Ritzel angeordnet sind, mit von einer Axialstirnfläche
des Ritzels her eingearbeiteten die Ventilkugeln aufnehmenden Höhlungen (35), welche
gebohrte Zu- und Abflußkanäle (33, 34) aufweisen.
11. Zahnringpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Rückschlagventil eine Stützkante (32) vorgesehen ist, die auf die Kugel eine
tangential wirkende Komponente der Fliehkraft in Richtung Ventilsitz erzeugt.
12. Verwendung der Zahnringpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Öl- und/oder
Hydraulikpumpe für Kraftfahrzeug - Motoren und/oder Getriebe.