[0001] Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit einem treibenden Ritzel und einem
Hohlrad, bei der auf der Druckseite die nacheilenden Flanken der Zähne des Ritzels
(Dichtflanken des Ritzels) mit den entsprechenden Gegenflanken des Hohlrades (Dichtflanken
des Hohlrades) im Bereich zwischen dem Schnittpunkt der Kopfkreise und dem Wälzpunkt
mit einem Überdeckungsgrad größer 2 in Eingriff sind.
[0002] Derartige Innenzahnradpumpen dienen als Regelpumpen für Hydraulikflüssigkeiten. Sie
sind in dieser Ausgestaltung mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen versehen, deren
Teilung kleiner oder gleich der Zahnteilung ist. Diese Auslaßöffnungen münden sämtlichst
oder gruppenweise in einen gemeinsamen Druckkanal und - mit allenfalls einer Ausnahme
- sind sämtliche Auslaßöffnungen einer Gruppe durch Rückschlagventil verschlossen.
[0003] In dieser Ausgestaltung hat die Innenzahnradpumpe eine Fördercharakteristik, die
nur bis zu ener bestimmten Drehzahl drehzahlabhängig ist. Über dieser Drehzahl ist
die Förderung konstant. Die Schwelldrehzahl kann durch Verstellung einer Drossel
im Zulauf verstellt werden.
[0004] Eine derartige Innenzahnradpumpe ist bekannt durch die DE-OS 34 44 859. Diese Innenzahnradpumpe
hat gegenüber üblichen Innenzahnradpumpen die Besonderheit, daß ein Überdeckungsgrad
von mindestens 2 besteht, so daß die Innenzahnradpumpe mindestens zwei, vorzugsweise
jedoch drei oder mehr gegeneinander abgeschlossene Zahnzellen auf der Saug- und Druckseite
bildet.
[0005] Gegenüber allen anderen bekannten Regelpumpen, deren Fördercharakteristik keine
drehzahlabhängige Förderung zeigt bzw. deren Förderung drehzahlunabhängig einstellbar
ist, hat die bekannte Innenzahnradpumpe den Vorteil der robusten Bauweise, bei der
die Fördercharakteristik ohne zusätzlichen mechanischen Aufwand einstellbar ist. Mit
besonderem Vorteil werden derartige Regelpumpen zum Antrieb durch Kraftfahrzeugmotoren
eingesetzt, deren Drehzahl stark schwankt. Sie dienen dort als Hydraulikpumpen oder
Schmierölpumpen, da bei diesen Pumpen die maximale Fördermenge ohne Leistungsverlust
bei einer bestimmten, relativ niedrigen Drehzahl begrenzt werden kann.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Leistungsbedarf der bekannten Innenzahnradpumpe
weiter herabzusetzen.
[0007] Hierzu wird vorgeschlagen, die Zahnflanken so auszugestalten, daß die treibenden
Flanken eine geringere Überdeckung haben als die dichtenden Flanken. Die Profilüberdeckung
einer Verzahnung stellt das Verhältnis der Eingriffslänge zur Teilung dar. Die Profilüberdeckung
ist bei einer Zahnradpumpe neben anderen Faktoren auch maßgebend für die Dichtwirkung
der dichtenden Zahnflanken. Abweichend von dem fachtechnischen Begriff der Profilüberdeckung
gibt im Rahmen dieser Anmeldung die Überdeckung die Anzahl der Zahnpaare auf der Saug-
bzw. Druckseite an, die miteinander durchschnittlich in Eingriff stehen, d.h. sich
berühren oder mit geringem, die Dichtung bewirkenden Flankenspiel gegenüberstehen.
[0008] Diese Lösung ist insbesondere im Niederdruckbereich - bis ca. 20 bar - und insbesondere
im Automobilbereich von großem Vorteil, wo es darauf ankommt, bei relativ niedrigen
Drehzahlen eine maximale Fördermenge zu erreichen, dabei aber die Leerlaufleistung
und insbesondere mechanische Leistungsaufnahme der Pumpe gering zu halten. Ein bevorzugtes
Anwendungsgebiet sind Schmierölpumpen, die im Sumpf des Kraftfahrzeugmotors angeordnet
sind.
[0009] Die vorgeschlagene Lösung beinhaltet, daß die Zahnflanken des Ritzels und/oder die
Zahnflanken des Hohlrades auf der treibenden Seite und der dichtenden Seite nicht
spiegelsymmetrisch hergestellt sind. Wesentlich ist, daß die Zahnflanken der treibenden
Seite nur einen verhältnismäßig geringen Bereich haben, in dem die treibenden Flanken
von Ritzel und Hohlrad miteinander in Eingriff geraten können (Eingriffsbereich).
Dieser Eingriffsbereich liegt - für Ritzel und Hohlrad gleichermaßen - zwischen Wälzkreis
und Kopfkreis und beginnt jeweils am Wälzkreis.
[0010] Außerhalb dieses Eingriffsbereichs können die durch übliche Verzahnungsverfahren
entstandenen Zahnflanken abgetragen oder derart deformiert werden, daß kein Zahneingriff
entsteht. Die hier vorgeschlagene, unsymmetrische Zahnform läßt sich vorteilhafterweise
auch in einem Sinterverfahren herstellen, da hier eine entsprechende Formgebung ohne
nachträgliche, mechanische Bearbeitung möglich ist.
[0011] Vorzugsweise wird der Eingriffsbereich so groß gewählt, daß der Überdeckungsgrad
zwischen 1 und 2 liegt. Mit diesem relativ geringen Überdeckungsgrad ergibt sich einerseits
eine erhebliche Minderung der mechanischen Leistungsaufnahme. Andererseits tritt
bei diesem Überdeckungsgrad insbesondere bei Hydraulikpumpen des Niederdruckbereichs
kein unzulässiger Verschleiß auf.
[0012] Ein wesentlicher Teil der Leistungsaufnahme der bekannten Innenzahnradpumpe beruht
auch darauf, daß die Zahnzellen im Bereich des Totpunktes sehr eng werden und sich
dort sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten ergeben. Es wird daher zur Lösung dieses
Problems weiterhin - bevorzugt in Kombination mit der zuvor genannten Lösung - vorgeschlagen,
den Grund der Zahnlücken des Hohlrades zwischen Fußkreis und Wälzkreis erheblich im
Querschnitt zu erweitern. Der Grund der Zahnlücke kann in diesem Bereich einen im
wesentlichen kreisförmigen Querschnitt erhalten.
[0013] Der Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeiten und der dadurch bedingten Leistungsaufnahme
dient allein oder in Kombination mit den anderen Maßnahmen dieser Erfindung auch,
daß die Auslaßöffnungen zwischen der Eingriffslinie und dem Außenumfang des Hohlrades,
vorzugsweise zwischen Eingriffslinie und Fußkreis des Hohlrades angelegt werden,
wobei zur Eingriffslinie hin lediglich ein schmaler Dichtsteg erhalten bleibt. Dabei
wird der Querschnitt der Öffnungen im wesentlichen dem Querschnitt der Zähne des
Hohlrades angepaßt abzüglich eines schmalen Dichtstreifens. Der Querschnitt eines
Zahnes überdeckt also die Auslaßöffnung vollständig, wobei aber der Flächeninhalt
der Auslaßöffnung möglichst nahe an den Flächeninhalt des Zahnquerschnitts herankommt.
Sämtliche mit einer Zahnzelle kämmenden Auslaßöffnungen werden daher zwar durch den
Zahnquerschnitt des Hohlrades überdeckt und daher stets voneinander getrennt, so daß
kein Kurzschluß zwischen den Zahnzellen über die Auslaßöffnungen entstehen kann. Andererseits
überdecken die Öffnungen jedoch großflächig die entstehenden Zahnzellen. Um diese
großflächige Überdeckung weiterzufördern, sind die Auslaßöffnungen über den Fußkreis
des Hohlrades hinaus geführt und der Grund der Zahnlücken ist durch eine entsprechende
Abschrägung zwischen Stirnseite und Zahngrund trichterförmig erweitert. Auch hierdurch
ergibt sich eine Verminderung der Drosselverluste.
[0014] Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
[0015] Es zeigen
Fig. 1 den Radialschnitt des Ausführungsbeispiels mit Auslässen, die auf beiden Stirnseiten
des Pumpengehäuses angeordnet sind, wobei die Auslaßöffnungen der einen Seite gegenüber
den Auslaßöffnungen der anderen Seite um jeweils eine halbe Teilung versetzt sind;
Fig. 2 den Axialschnitt durch das Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 den Axialschnitt (teilweise) durch das Hohlrad.
[0016] In dem Gehäuse 31 ist das Außenrad 1 frei drehbar gelagert. Das Außenrad 1 besitzt
eine Innenverzahnung 2. Das zylindrische Gehäuse 31 wird beidseitig durch die Deckel
32 und 33 abgeschlossen. In dem Deckel 32 ist die Welle 34 drehbar gelagert und durch
den nicht dargestellten Kraftfahrzeugmotor angetrieben. Auf der Welle 34 ist drehfest
gelagert das Innenrad 3. Das Innenrad 3 besitzt eine Außenverzahnung 4, die mit der
Innenverzahnung 2 des Außenrades 1 in Eingriff ist. Der Innenraum der Pumpe, der
außerhalb des Zahneingriffs liegt, kann durch eine Sichel ausgefüllt sein, die sich
den Kopfkreisen der Zahnräder weitgehend anschmiegt. In dem Deckel 33 befindet sich
der Einlaßkanal 35 (s. auch Fig. 2). Der Einlaßkanal 35 steht mit dem Sumpf 36 über
eine Drossel 37 in Verbindung. In einem Bypass 38, der parallel zu dem Drosselkanal
37 geschaltet ist, befindet sich ein Druckregelventil 39. Der Kolben 40 des Druckregelventils
steuert mit seiner Steuerkante 41 die Öffnung des Bypasskanals 38 zum Sumpf 36. Der
Kolben ist auf der einen Seite mit einer Feder 42 belastet. Auf der gegenüberliegenden
Seite wird der Kolben im Steuerraum 43 mit dem Auslaßdruck im Druckkanal 56 über Steuerleitung
44 beaufschlagt. Auf die Auslaßseite der Pumpe wird später eingegangen. Die Funktion
des Druckregelventils 39 in seiner Abhängigkeit vom Auslaßdruck wird nachfolgend
beschrieben. Solange kein oder nur ein geringer Auslaßdruck in der Steuerleitung 44
und dem Steuerraum 43 herrscht, gibt der Kolben mit seiner Steuerkante den Durchfluß
vom Eingang 45 zum Auslaß 46 frei. Es kann nunmehr Schmieröl aus dem Sumpf 36 in unbegrenzter
Menge zur Pumpe sowohl über die Drossel 37 als auch Bypasskanal 38 fließen. Wenn
der Druck im Steuerraum 43 ansteigt und die Federkraft überwindet, so wird am Druckregelventil
39 der Einlaß 45 gegenüber dem Auslaß 46 zum Teil oder vollständig verschlossen.
Nunmehr fließt lediglich noch ein gedrosselter Schmierölstrom über die Drossel 37
und ggf. über das Druckregelventil 39 vom Sumpf 36 zum Einlaß 35 der Pumpe. Steigt
der Auslaßdruck noch weiter an, so wirkt das Druckregelventil als Druckbegrenzungsventil.
Die Feder 42 wird so weit zusammengedrückt, daß die vordere Steuerkante 47 die Druckleitung
44 gegenüber dem Auslaß 46 zum Sumpf öffnet.
Zur Auslaßseite der Pumpe:
[0017] Die Pumpe bildet - wie Fig. 1 zeigt - auf der Auslaßseite zwischen den miteinander
kämmenden Zähren des Außenrades 1 und Innenrades 3 drei in Umfangsrichturg und Axialrichtung
abgeschlossene Zellen, die über Einlaßkanal 35 mit Öl ganz oder teilweise gefüllt
worden sind. In den Deckel 33 sind drei Auslaßöffnungen 48.1, 48.3, 48.5 eingebracht.
In den Deckel 32 sind zwei Auslaßöffnungen 48.2, 48.4 eingebracht. Die Auslaßöffnungen
des Deckels 33 sind gegenüber den Auslaßöffnungen des Deckels 32 versetzt angeordnet.
In der Projektion auf eine Normalebene überdecken sich die Auslaßöffnungen im Deckel
33 bzw. 32 nicht - wie Fig. 1 zeigt. Die Auslaßöffnungen schmiegen sich mit ihrer
radial inneren Kante 27 (Innenkante) eng an die Eingriffslinie 11 an, und zwar derart,
daß zwischen der Eingriffslinie 11 und der Innenkante 27 lediglich ein schmaler, jedoch
für die Abdichtung ausreichend dichtender Dichtsteg 28 stehenbleibt. Die Breite der
Auslaßöffnungen 48.1 bis 48.5 ist so gewählt, daß die Auslaßöffnungen von dem Querschnitt
der Zähne 2 des Hohlrades 1 bei entsprechender Stellung der Zähne überdeckt werden,
wobei in Umfangsrichtung ebenfalls ausreichende Dichtflächen stehenbleiben. In der
radialen Höhe erstrecken sich die Auslaßöffnungen bis in den Bereich des Außenumfangs
des Hohlrades und jedenfalls bis zum äußersten Bereich, mit dem der Grund der Zahnlücken
des Hohlrades 1 auf der Stirnfläche der Deckel 32, 33 mündet.
Zur Ausgestaltung des Grundes der Zahnlücken im Hohlrad 1 ergibt sich aus den Fig.
1 und 3 folgendes:
[0018] Die Zähne des Hohlrades werden nach einem Verzahnungsgesetz hergestellt, auf das
später noch eingegangen wird. Dieser nach dem Verzahnungsgesetz entstehende ideale
Zahnlückengrund ist für eine Zahnlücke punktiert eingezeichnet und mit 29 bezeichnet.
Dieser Zahnlückengrund wird jedoch bei allen Zahnlücken und über die gesamte axiale
Länge der Zahnlücken wesentlich erweitert und in den Ausführungsbeispielen durch Zahnlückengrund
30 gebildet. Zahnlückengrund 30 stellt in den Ausführungsbeispielen den halben Mantel
eines Kreiszylinders dar, dessen Achse jeweils auf der Symmetrieebene der Zahnlücke
und im wesentlichen auf dem Wälzkreis oder geringfügig radial außerhalb des Wälzkreises
7 des Hohlrades liegt. Darüber hinaus ist der Zahnlückengrund an seinen beiden Enden
noch einmal mit einer trichterförmigen Erweiterung 26 versehen. Die trichterförmige
Erweiterung 26 erstreckt sich radial bis nahezu an den Außenumfang des Hohlrades.
Die trichterförmige Erweiterung 26 kann sich auch in Umfangsrichtung erstrecken. Sie
liegt jedoch jedenfalls radial außerhalb des Wälzkreises 7 des Hohlrades 1. Wenn bei
einer erfindungsgemäßen Pumpe der Ölaustritt nur einseitig vorgesehen wird, so befindet
sich auch die trichterförmige Erweiterung nur an der betreffenden Seite.
[0019] Die zuvor geschilderten Auslaßöffnungen 48.1 bis 48.5 erstrecken sich nun radial
jedenfalls so weit nach außen, daß sie auch die trichterförmigen Erweiterungen 26
auf den Stirnseiten des Außenrades 1 überdecken.
[0020] Im Schnitt nach Fig. 2 ist in jedem Deckel 32, 33 nur eine dieser Auslaßöffnungen
zu sehen. Diese Auslaßöffnungen sind dort mit 48 bezeichnet. Jede der Auslaßöffnungen
steht mit einem in den Deckel 32, 33 gebohrten Auslaßkanal 49 in Verbindung. Der
Auslaßkanal ist jeweils auch radial nach außen gerichtet, wie Fig. 2 zeigt. Daher
mündet jeder Auslaßkanal 49 auf der Außenseite des Deckels 32 bzw. 33 möglichst nah
am Gehäuse 31. Auf jeden Deckel 32, 33 ist je ein Auslaßgehäuse 50 druckdicht aufgesetzt.
Jedes Auslaßgehäuse 50 bildet eine Auslaßkammer, die auf einer Seite mit den Auslaßöffnungen
48.1, 48.3, 48.5 und auf der anderen Seite mit den Auslaßöffnungen 48.2, 48.4 jeweils
über einen Druckkanal 49 und eine Bohrung 52 in Verbindung steht. Die Bohrungen 52
(vgl. Fig. 1) sind jeweils durch ein Rückschlagventil verschlossen, mit Ausnahme
derjenigen Bohrung, die mit der Auslaßöffnung 48.5 in Verbindung steht. Die Auslaßöffnung
48.5 liegt am Ende der Druckzone unmittelbar vor dem Wälzpunkt. Beide Auslaßkammern
sind mit dem gemeinsamen Druckkanal 56 verbunden.
[0021] Die Rückschlagventile auf beiden Seiten werden gebildet durch je ein n-förmiges Blech,
das gegen die Wand 53 des Auslaßgehäuses 50 geschraubt ist. Die von dem gemeinsamen
Querbalken 55 des Rückschlagventils 54 abstehenden Zungen verdecken die Bohrungen
52. Daher wirken diese Zungen als Rückschlagventile. Jedes Rückschlagventil gibt die
Verbindung von der jeweiligen, zwischen den Zähnen gebildeten Druckzelle über eine
der Auslaßöffnungen 48, Druckkanäle 49 und Bohrungen 52 nur frei, wenn der Druck der
Auslaßzelle dem Auslaßdruck in der Auslaßkammer 51 zumindest gleich ist. Die letzte
und kleinste Druckzelle steht über Öffnung 48.5 und entsprechende Kanäle 49, 52 direkt
mit der Auslaßkammer in Verbindung.
[0022] Jede Auslaßkammer 51 hat einen Auslaß, der in den gemeinsamen Druckölkanal 56 führt.
[0023] Wie insbesondere Fig. 1 zeigt, sind die Zähne des Hohlrades 1 unsymmetrisch ausgeführt.
Zunächst werden beide Flanken eines jeden Zahnes nach einem speziellen Verzahnungsgesetz
gebildet. Dieses Verzahnungsgesetz gewährleistet, daß ein hoher Überdeckungsgrad besteht,
der größer als 2, vorzugs weise größer als 3 ist. Dadurch wird bewirkt, daß die Zähne
in annähernd dem gesamten Drehbereich zwischen dem Schnittpunkt der beiden Kopfkreise
5 und 9 und dem Wälzpunkt in Eingriff miteinander sind und daß infolgedessen mehr
als zwei Zahnzellen durch jeweils zwei aufeinanderfolgende Zahnpaarungen gebildet
werden. Diese Zahnzellen sind in Umfangsrichtung gegeneinander abgeschlossen. Dieses
Verzahnungsgesetz schließt ein, daß auch die treibenden Flanken von Innenrad 3 und
Außenrad 1 einen entsprechend großen Überdeckungsgrad aufweisen. Es ist nun vorgesehen,
daß auf der treibenden Seite der Zähne der Überdeckungsgrad geringer ist als auf der
dichtenden Seite der Zähne. Das bedeutet
: Die Zahnflanken, die in der Druckzone zwischen dem Schnittpunkt der Kopfkreise
und dem Wälzpunkt dichtend aufeinanderliegen und die gegeneinander abgeschlossenen
Zahnzellen bilden, werden nach dem zuvor geschilderten Verzahnungsgesetz hergestellt.
Diese Flanken sind im Rahmen dieser Anmeldung als Dichtflanken bezeichnet.
[0024] Die Flanken der Zähne von Hohlrad 1 und Ritzel 3, die der Drehmomentübertragung zwischen
Innenrad 3 und Hohlrad 1 dienen (treibende Flanken) sind jedoch mit einem geringeren
Überdeckungsgrad hergestellt, der vorzugsweise zwischen 1 und 2 liegt. Dies geschieht
dadurch, daß von den treibenden Flanken des Außenrades 1 und/oder des Innenrades 3
lediglich ein Teilbereich nach dem Verzahnungsgesetz hergestellt ist (Eingriffsbereich
der Flanke). Der Eingriffsbereich 64 der Treibflanken des Hohlrades erstreckt sich
vom Wälzkreis 7 des Hohlrades radial ein geringes Stück nach innen. Mit 65 ist der
Querschnittsbereich bezeichnet, um den die treibende Flanke des Hohlrades von dem
durch Verzahnung hergestellten Profil abweicht.
[0025] Der Eingriffsbereich 66 der Treibflanken des Innenrades 1 erstreckt sich von dem
Wälzkreis 8 radial ein Stück nach außen. Mit 67 ist der Querschnittsbereich des Zahnkopfes
bezeichnet, um den die treibende Zahnflanken des Innenrades 3 gegenüber dem idealen
Verzahnungsprofil zurückweichen.
[0026] Es können - wie gesagt - entweder die Treibflanken des Hohlrades oder die Treibflanken
des Ritzels oder beide mit derartigen Aussparungen 65 bzw. 67 versehen werden. Die
letztgenannte Lösung hat den Vorteil, daß auch auf der Saugseite der Pumpe nur geringe
Strömungsgeschwindigkeiten entstehen. Der nach dem Verzahnungsgesetz gebildete Eingriffsbereich
64 der Treibflanken des Hohlrades und/oder des Innenrades ist so bemessen, daß einerseits
jedenfalls stets mindestens eine Zahnpaarung von Hohlrad und Innenrad miteinander
in Eingriff stehen, daß aber andererseits weniger Zahnpaarungen auf der Treibseite
in Eingriff stehen als auf der Dichtseite. Vorzugsweise ist der Überdeckungsgrad auf
der Eingriffsseite durch entsprechend kurze Gestaltung der Eingriffsbereiche nicht
größer als 2.
Zur Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 (Schmierölpumpe) :
[0027] Bei niedrigem Druck in der Auslaßkammer 51 verschiebt die Feder 42 den Kolben 40
- in Fig. 2 - nach links. Die Pumpe wirkt nun wie eine normale Innenzahnradpumpe.
Der Schmierölstrom fließt über Drossel 37 und Bypasskanal 38 zum Einlaß. Sämtliche
Zahnlücken werden maximal gefüllt und auf der Auslaßseite wieder ausgedrückt. Der
Grad der Füllung hängt davon ab, wie weit auch der Bypass 38 gedrosselt ist. Hierauf
wird später noch eingegangen. Bei niedrigen Drehzahlen erfolgt jedenfalls eine vollständige
Füllung.
[0028] Dieser Betriebszustand bleibt bei niedrigen Drehzahlen des Kraftfahrzeugmotors erhalten.
Daher ist der Schmierölstrom dem Bedarf entsprechend der Drehzahl proportional.
[0029] Wenn bei steigender Drehzahl der Druck in dem Druckkanal 56 steigt, so wird durch
Druckregelventil 39 zunächst der Bypass 38 verschlossen oder doch stark gedrosselt.
Es gelangt nunmehr im wesentlichen nur noch ein gedrosselter Ölstrom über Drossel
37 auf die Einlaßseite. Daher werden die Zahnlücken auf der Einlaßseite lediglich
noch teilgefüllt. Im übrigen herrscht in den Zahnlücken ein Vakuum. Das hat zur Folge,
daß der Druck in den Zahnzellen auf der Auslaßseite zunächst niedriger als der Druck
in der Auslaßkammer 51 ist. Daher bleiben die jeweiligen Zungen des Rückschlagventils
54 geschlossen. Mit fortschreitender Verkleinerung der Zellen auf der Auslaßseite
steigt der Druck in den Zellen jedoch an. Es öffnet jeweils nur die Zunge des Rückschlagventils,
für die der Druck der Zelle größer oder gleich dem Druck in der Auslaßkammer 51 ist.
Das hat zur Folge, daß die Pumpe nunmehr lediglich noch eine drehzahlunabhängige,
konstante Ölmenge liefert. Es ist daher auch bei steigender Drehzahl nicht erforderlich,
eine überschießende Ölmenge unter entsprechenden Leistungsverlusten abzuführen,
wie dies bei herkömmlichen Systemen der Fall ist. Wenn andererseits der Schmierölbedarf
steigt, z.B. infolge Verschleiß, so wird der Schwelldruck in der Steuerdruckkammer
43 erst bei höherer Drehzahl erreicht. Daher wird auch der Bypass 38 erst später verschlossen.
Das hat zur Folge, daß die Schmierölpumpe sich automatisch einem gesteigerten Bedarf
anpaßt. Die Schmierölpumpe wird daher während der gesamten Lebensdauer des Kraftfahrzeugmotors
dem sich steigernden Schmierölbedarf gerecht. Andererseits arbeitet die Schmierölpumpe
auch bei neuem Motor mit relativ geringem Schmierölbedarf wirtschaftlich, da bei dieser
Schmierölpumpe vermieden wird, daß ein nicht benötigter Förderanteil verlustbehaftet
wieder in den Sumpf zurückgeführt werden muß.
[0030] Darüber hinaus wird die Schmierölpumpe auch weiteren Bedarfsanforderungen besonderer
Betriebszustände gerecht. So kann es z.B. vorkommen, daß sich das Schmieröl außerordentlich
erwärmt oder daß Motorteile durch Schmieröl infolge besonderer Leistungsanforderungen
gekühlt werden müssen. Für diesen Fall ist - wie Fig. 2 zeigt - ein weiterer Kurzschlußkanal
58 zwischen dem Einlaß 35 der Pumpe und dem Ölsumpf 36 vorgesehen. In diesem Kurzschlußkanal
liegt ein elektromagnetisch geschaltetes Ventil 59. Dieses Ventil wird über Meldeleitung
60 und Verstärker 61 durch einen Temperaturfühler 62 betätigt. Durch den Temperaturfühler
kann z.B. die Öltemperatur oder die Temperatur eines Maschinenteils, z.B. Kolbens,
erfaßt werden. Ebenso ist es möglich, statt des Temperaturfühlers 62 ein anderes Meßinstrument,
z.B. Drehzahlzähler zu verwenden. Ebenso kann die Meldeleitung genutzt werden, um
andere außerordentliche Betriebszustände zu erfassen. In jedem Falle dient das Ventil
59 dem Zweck, einen außerordentlichen Bedarf zu decken. Hierbei wird davon ausgegangen,
daß auch die Summe des Ölstroms, der durch Drossel 37 einerseits und über Bypass 38
andererseits gefördert wird, noch gedrosselt ist und daher auch bei geöffnetem Druckregelventil
39 noch lediglich eine Teilfüllung der Zellen der Innenverzahnung stattfindet bei
Drehzahlen, die über einer gewissen Schwelldrehzahl liegen. Fig. 2 wird dieser Voraussetzung
dadurch gerecht, daß als Symbol eine weitere Drossel 63 im Bypass 38 angedeutet ist.
[0031] Zur Deckung eines außerordentlichen Bedarfs ist es auch möglich, die Federseite 42
des Druckregelventils 39 durch ein geeignetes Ventil umzuschalten von einem geringen
Druck, bei dem auf der Auslaßseite der Pumpe über Leitung 44 ein relativ geringer
Auslaßdruck eingeregelt wird, auf einen niedrigen Druck, bei dem der Auslaßdruck entsprechend
erhöht ist. Wie Fig. 3 zeigt, kann hierzu z.B. das Druckbegrenzungsventil durch das
Ventil 68, das elektromagnetisch z.B. durch die Temperatur eines Maschinenteils geschaltet
wird, wahlweise an den Druck vor der Drossel 37 oder an den Druck hinter der Drossel
37 gelegt werden.
[0032] Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Wirksamkeit der Pumpe davon abhängt,
daß die Verzahnung so ausgebildet ist, daß die Zähne im Auslaßbereich zwischen den
Schnittpunkten der Kopfkreise miteinander in Eingriff sind und - unter Berücksichtigung
der Viskosität des Hydrauliköls - abgeschlossene Zellen bilden.
[0033] Durch die gezeigte Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels wird vermieden, daß durch
die Zellenbildung und durch die Entleerung der Zellen unnötig hohe Leistungsverluste
eintreten. Dies wird zum einen dadurch erreicht, daß der Überdekkungsgrad auf der
Treibseite der Zähne geringer ist als auf der Dichtseite der Zähne. Hier ist eine
Abwägung zu treffen zwischen der Vermeidung mechanischer Leistungsverluste einerseits
und einem erhöhten Verschleiß andererseits. Diese Abwägung ist abhängig von dem Einsatzzweck
der Pumpe. Bei Hochdruck-Hydraulikpumpen spielen Leistungsverluste eine geringere
Rolle. Andererseits besteht hier zwischen den Zahnpaarungen eine erhebliche Flächenpressung
mit einer entsprechend hohen Verschleißgefahr und daher wird man bei Hochdruckpumpen
einen verhältnismäßig hohen Überdeckungsgrad auch auf der Treibseite der Zähne wählen.
Bei Pumpen des Niederdruckbereichs, wie z.B. Schmierölpumpen in Kraftfahrzeugen,
Hydraulikpumpen für Lenkhilfe oder sonstige Verbraucher, wird man jedoch ohne Erhöhung
des Verschleißes mit einem Überdeckungsgrad auf der Treibseite der Zähne arbeiten
können, der zwischen 1 und 2 liegt, da infolge des niedrigen Druckes mit verschleißfördernder
Flächenpressung nicht zu rechnen ist.
[0034] Durch die Erweiterung des Zahnlückengrundes kann die Strömungsgeschwindigkeit des
aus den Zahnlücken auszupressenden Öls insbesondere im Bereich kurz vor dem unteren
Totpunkt sehr stark vermindert werden. Grundsätzlich kann die Erweiterung der Zahnlücke
des Hohlrades radial außerhalb des Wälzkreises 7 so weit getrieben werden, bis die
Stabilitätsgrenze des Hohlrades erreicht ist. In einem Ausführungsbeispiel wurde
die maximale Strömungsgeschwindigkeit beim Ausdrücken des Öls von 20 m/sec auf 5 m/sec
herabgesetzt. Diese Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit bedeutet gleichzeitig
eine Herabsetzung der hydraulischen Leistungsverluste.
[0035] Demselben Zweck dient einerseits die trichterförmige Erweiterung des Zahnlückengrundes
an den Stirnseiten des Hohlrades und die dementsprechende Bemessung der Auslaßöffnungen.
[0036] Dadurch, daß die Auslaßöffnungen radial außerhalb der Eingriffslinie unter Beibehaltung
eines schmalen, aber ausreichenden Dichtstreifens angeordnet sind, wird gewährleistet,
daß über die Auslaßöffnungen kein Kurzschluß zwischen aufeinanderfolgende Zahnzellen
eintritt. Dies ermöglicht aber andererseits, die Auslaßöffnungen sehr großflächig
anzulegen. Die Fläche der Auslaßöffnungen wird so gewählt, daß sie von dem Zahnquerschnitt
des Hohlrades mit ausreichend breiten Dichtflächen in Umfangsrichtung überdeckt wird.
In diesem Rahmen können aber die Auslaßöffnungen sehr großflächig gewählt werden und
es können weiterhin die Auslaßöffnungen mit geringerer Teilung als der Zahnteilung
angeordnet werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß stets ein großflächiger Verbindungsquerschnitt
zwischen den Zahnzellen und dem Auslaß besteht.
BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG
[0037]
1 Außenrad, Hohlrad
2 Innenverzahnung
3 Innenrad, Ritzel
4 Außenverzahnung
5 Kopfkreis Außenrad
6 Fußkreis Außenrad
7 Wälzkreis Außenrad
8 Wälzkreis Innenrad
9 Kopfkreis Innenrad
10 Fußkreis Innenrad, Grundkreis
11 Eingriffslinie
12 Wälzpunkt
13 Schnittpunkt der Kopfkreise
14 Zahnhöhe
15 Verzahnungsmodul, großer Teilabschnitt
16 kleiner Teilabschnitt
17 Mittelpunkt, Außenrad
18 Kreis der Krümmungsmittelpunkte
19 Krümmungsmittelpunkt
20 Krümmungsradius der Eingriffslinie
21 Wälzkreisradius Außenrad
22 Wälzkreisradius Innenrad
23 Drehrichtung, Steg
24 Pfeilrichtung
25 Mittelpunkt Innenrad
26 trichterförmige Erweiterung
27 Kante, Innenkante
28 Dichtsteg
29 idealer Zahnlückengrund
30 Zahnlückengrund
31 Gehäuse
32 Deckel
33 Deckel
34 Welle
35 Einlaß
36 Tank
37 Drossel
38 Bypass
39 Drucksteuerventil
40 Kolben
41 Steuerkante
42 Feder
43 Steuerraum
44 Steuerleitung
45 Einlaß
46 Auslaß
47 vordere Steuerkante
48 Auslaßniere
49 Auslaßkanal
50 Auslaßgehäuse
51 Auslaßkammer
52 Bohrung
53 Wand
54 Rückschlagventil
55 Querbalken
56 Druckkanal
58 Kurzschlußkanal
59 Ventil
60 Meldeleitung
61 Verstärker
62 Temperaturfühler
63 Drossel
64 Eingriffsbereich der Treibflanken des Hohlrades
65 Abweichquerschnitt Hohlrad
66 Eingriffsbereich der Treibflanken des Zahnrades
67 Abweichquerschnitt
1. Innenzahnradpumpe
mit treibendem Ritzel (3) und Hohlrad (1),
bei der auf der Druckseite
die nacheilenden Flanken der Zähne des Ritzels (Dichtflanken des Ritzels) mit den
entsprechenden Gegenflanken der Zähne des Hohlrades (Dichtflanken des Hohlrades) im
Bereich zwischen dem Schnittpunkt der Kopfkreise und dem Wälzpunkt
mit einem Überdeckungsgrad gleich oder größer 2 derart in Eingriff sind, daß eine
Vielzahl von gegeneinander abgeschlossenen Zahnzellen gebildet wird,
wobei mehrere dieser Zahnzellen über mindestens je einen Auslaß mit Rückschlagventil
mit dem gemeinsamen Druckkanal in Verbindung stehen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die treibenden Flanken der Zähne des Ritzels (3) (Treibflanken des Ritzels) und die
entsprechenden Gegenflanken der Zähne des Hohlrades (1) (Treibflanken des Hohlrades)
auf der Saugseite der Pumpe einen geringeren Überdekkungsgrad aufweisen als die Dichtflanken
auf der Druckseite.
2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Überdeckungsgrad der Dichtflanken gleich oder größer 3 ist,
und daß der Überdeckungsgrad der Treibflanken zwischen 1 und 2 liegt.
3. Innenzahnradpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und insbesondere nach Anspruch
1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zahnlücken des Hohlrades, soweit sie außerhalb des Wälzkreises liegen, gegenüber
der Hüllkurve eines Ritzelzahnes im Ouerschnitt wesentlich erweitert sind.
4. Innenzahnradpumpe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, insbesondere nach einem
der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auslaßöffnungen unter Abzug einer geringen Dichtleiste geringfügig kleiner als
der Zahnquerschnitt des Hohlrades sind.
5. Innenzahnradpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auslaßöffnungen zwischen der Eingriffslinie und dem Umfangskreis des Hohlrades
liegen und bis auf eine schmale Dichtfläche nahe an die Eingriffslinie heranragen.
6. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Grund der Zahnlücken des Hohlrades auf der den Auslaßöffnungen zugewandten Stirnseite
trichterförmig bis nahezu zum Umfang des Hohlrades erweitert ist.
7. Innenzahnradpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Auslaßöffnungen radial den Querschnitt der Zahnlücken des Hohlrades überdecken.