-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe zum Fördern
eines Fluids gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches
1 näher definierten Art.
-
Innenzahnradpumpen
bestehen im Wesentlichen aus einem Gehäuse, indem ein Zahnradpaar mit
einem möglichst geringen axialen und radialen Spiel in
Eingriff stehen, um ein Fluid, z. B. ein Druckmittel vorzugsweise
für ein Getriebe oder dergleichen zu fördern.
Dabei steht die Saugseite beziehungsweise Niederdruckseite der Innenzahnradpumpe
mit einem Fluidbehälter in Verbindung und die Druckseite
beziehungsweise Hochdruckseite steht mit dem zu versorgenden Hydrosystem
in Verbindung. Das Zahnradpaar wird durch ein inneres Rotorzahnrad und
durch ein Hohlrad gebildet. Das innere Rotorzahnrad wird z. B. über
einen Motor angetrieben, wobei das Rotorzahnrad das äußere
Hohlrad aufgrund der in Eingriff stehenden Verzahnungen mitnimmt. Durch
diese Drehbewegung laufen die Zahnräder auseinander und
machen die Zahnlücken wieder frei. Der dadurch entstehende
Unterdruck und zusätzlich der atmosphärische Druck
auf dem Flüssigkeitsspiegel in dem Fluidbehälter
bewirken, dass das Fluid angesaugt wird. Das angesaugte Fluid füllt
die durch die Zahnlücken gebildeten Räume, die
in der weiteren Bewegung mit dem Gehäuse und der Sichel
jeweils abgeschlossene Füllkammern bilden und werden dabei
zur Druckseite weiter bewegt. Dort greifen die Zähne wieder
ineinander und verdrängen die Flüssigkeit aus
den Füllkammern. Die miteinander kämmenden Zähne
verhindern ein Zurückströmen des Fluids von der
Druckseite zur Saugseite. Außerdem wird der Hochdruckbereich
vom Niederdruckbereich über die dichtenden Zähne
an der Sichel getrennt.
-
Beispielsweise
aus der Druckschrift
DE
34 48 252 C2 ist eine Innenzahnradpumpe für Hydraulikflüssigkeit
bekannt, bei der Verzahnungen mit sich schneidenden Kopfkreisen
verwendet werden, die eine flächige Berührung
der Dichtflanken der Zähne der Verzahnungen gewährleistet.
Zudem wird eine Trennsichel im Freiraum zwischen dem Schnittpunkt der
Kopfkreise angeordnet. Die Trennsichel ist bei der bekannten Innenzahnradpumpe
so ausgeführt, dass beide Endebereiche identisch ausgestaltet
sind, so dass eine symmetrische Trennsichel gebildet wird.
-
Ein
Problem bei derartigen Innenzahnradpumpen ist das Auftreten von
Kavitation. Dieses Problem kann durch Vergrößerung
des Einlassbereiches, durch Verbesserung der Befüllung
und der zeitlichen Bedingungen sowie durch zusätzliche
Pumpeneinlässe gelöst werden. Jedoch ergeben sich
aus den oben genannten Maßnahmen insbesondere bei automatischen
Getrieben Nachteile durch eine daraus resultierende Erhöhung
des erforderlichen Bauraumbedarfs und der Herstellungskosten. Zudem
ergeben sich weitere Einschränkungen bei dem Getriebesystem,
indem die Innenzahnradpumpe eingesetzt wird. Diese Beschränkungen
beeinflussen auch die Ausgestaltung der Pumpe, so dass es schwierig
ist, die Innenzahnradpumpe im Bezug auf Kavitation und Geräuschvermeidung
zu optimieren, ohne dabei die Abmessungen der Innenzahnradpumpe
zu erhöhen.
-
Demnach
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Innenzahnradpumpe der
eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der unerwünschte
Geräusche vermieden werden, ohne dabei den erforderlichen
Bauraum zu erhöhen.
-
Diese
Aufgabe wird ordnungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
-
Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch eine Innenzahnradpumpe
zum Fördern eines Fluids mit einem angetriebenen Pumpen zahnrad
bzw. Rotorzahnrades und einem Hohlrad in einem Gehäuse
gelöst, welche bereichsweise miteinander kämmen
und einen Dichtbereich bilden. Zudem ist zumindest ein etwa im Querschnitt
sichelförmiges Element oder dergleichen zum Abdichten des etwa
gegenüber dem Dichtbereich liegenden Freiraumes vorgehen,
wobei ein erstes Ende des Elements einen Niederdruckbereich und
ein zweites Ende des Elements einen Hochdruckbereich zugeordnet
ist. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass
die beiden Enden des Elements unterschiedlich ausgestaltet sind.
-
Durch
die unterschiedlichen Ausgestaltungen der Enden des sichelförmigen
Elements kann das Befüllen auf der Niederdruckseite beziehungsweise
Saugseite und auch das Austreten auf der Hochdruckseite beziehungsweise
Druckseite erheblich verbessert werden, so dass Kavitation und die damit
verbundene Geräuscherzeugung bei der erfindungsgemäßen
Innenzahnradpumpe vermieden oder zumindest vermindert werden. Der
Kavitationsbeginn wird somit durch die unterschiedlichen Ausgestaltungen
der Enden des sichelförmigen Elements zu höheren
Drehzahlen hin verschoben.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass an dem niederdruckseitigen Ende des sichelförmigen
Elements oder dergleichen der Einlassbereich derart modifiziert
wird, dass das Befüllen der Füllkammern erheblich
verbessert wird, so dass auch bei höheren Pumpendrehzahlen
eine vollständige und möglichst schnelle Befüllung
der Füllkammern sichergestellt ist.
-
Vorzugsweise
kann im Rahmen der Modifizierung zumindest ein tangentialer Einlassbereich vorgesehen
sein. Beispielsweise kann der Verlauf des Einlassbereiches tangential
in den Innenradius des sichelförmigen Elements einlaufen.
Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger Verlauf ein besonders gutes
Einströmverhalten des Fluids ermöglicht. Auf diese
Weise werden Verwirbelungen bzw. Turbolenzen in der Strömung
des Fluids verhindert. Der Verlauf des Einlassbereiches kann auch
variiert werden, um dadurch einen Einfluss auf eine veränderte
Pumpenauslegung zu haben.
-
Alternativ
oder auch zusätzlich kann vorgesehen sein, dass an dem
niederdruckseitigen Ende des Elements zumindest ein z. B. axial
verlaufender Befüllkanal oder dergleichen angeordnet wird.
Somit kann ein möglicher Druckabfall aufgrund des auftretenden
Saugwiderstandes, insbesondere bei höheren Drehzahlen durch
die axial verlaufenden Befüllkanäle verhindert
werden. Beispielsweise kann ein erster Befüllkanal radial
innen zu dem Element und bevorzugt ein zweiter Befüllkanal
radial außen zu dem Element angeordnet sein. Es sind auch
andere Anordnungsmöglichkeiten der Befüllkanäle
denkbar.
-
Der
axiale Verlauf der Befüllkanäle kann in einem
vorbestimmten Winkel erfolgen, wobei der Winkel so gewählt
wird, dass eine möglichst verwirbelungsfreie Einströmung
des Fluids realisiert wird.
-
Die
erfindungsgemäßen Änderungen bzw. Modifikationen
an der Druckseite beziehungsweise Hochdruckseite bei der Innenzahnradpumpe
können einen früheren Druckausgleich realisieren.
Auch durch diese Maßnahme kann Kavitation und die damit
verbundene Geräuscherzeugung bei der vorgeschlagenen Pumpe
vermieden oder zumindest verbessert werden.
-
Beispielsweise
kann vorgesehen sein, dass das hochdruckseitige Ende des Elements
zumindest eine axial verlaufende Abschrägung oder dergleichen
als Auslassbereich aufweist. Die vorgesehene Abschrägung
kann vorzugsweise einen kontinuierlichen oder stetigen Verlauf in
einem vorbestimmten Winkel z. B. axial in das Innere des Gehäuses
haben. Es ist aber auch möglich, dass ein diskontinuierlicher oder
unstetiger Verlauf oder dergleichen verwendet wird.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat es
sich beispielsweise gezeigt, dass hinsichtlich der Abmessungen der
Abschrägung eine Länge besonders vorteilhaft ist,
die in etwa der Breite von zwei Füllkammern des Rotorzahnrades
entspricht. Es sind allerdings auch andere Längen bzw. Abmessungen
der Abschrägung möglich. Hierbei ist es vorteilhaft,
wenn für die Abmessungen der Abschrägung die Kenndaten
der Innenzahnradpumpe berücksichtigt werden. Beispielsweise
kann die Anzahl der dichtend wirkenden Zähne des Rotorzahnrades
und/oder des Hohlrades der Innenzahnradpumpe berücksichtigt
werden.
-
Die
vorgeschlagenen Modifikationen an dem etwa sichelförmigen
Element der Innenzahnradpumpe verbessern insgesamt die Befüllung
und reduzieren Kavitation, während ausgeglichene Fluideigenschaften
erhalten werden. Jede vorgeschlagene Maßnahme optimiert
für sich gesehen die Innenzahnradpumpe in Bezug auf das
Auftreten von Kavitation und Geräusche. Die geometrischen Änderungen
an den Enden des Elements können in Abhängigkeit
von dem Einlassdruck, dem Auslassdruck, der Fluidtemperatur und/oder
der Pumpendrehzahl individuell gewählt werden. Zudem wird
durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen
das Arbeitsvolumen im oberen Drehzahlbereich der Innenzahnradpumpe erhöht.
Ferner kann der Druckgradient in dem Auslassbereich reduziert und
somit eine signifikante Geräuschreduzierung bei der Innenzahnradpumpe
erreicht werden.
-
Die
erfindungsgemäß ausgebildete Innenzahnradpumpe
kann somit, im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten
Innenzahnradpumpen, innerhalb eines großen Drehzahlbereichs bei
geringerer Geräuschbildung bzw. bei gleicher oder zumindest ähnlicher
Geräuschbildung mit einer entsprechend höheren
Zieldrehzahl betrieben werden. Durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung des sichelförmigen Elements, des Einlass-
und des Auslassbereichs, kann die Innenzahnradpumpe sowohl bei niedrigen
als auch bei hohen Pumpendrehzahlen bei minimalem Geräusch
in Verbindung mit minimalem Volumenstromverlust betrieben werden.
-
Im
Weiteren wird die Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
perspektivische Teilansicht in das Innere eines Gehäuses
ohne ein Pumpenzahnrad und ein Hohlrad einer erfindungsgemäßen
Innenzahnradpumpe;
-
2 eine
perspektivische Ansicht eines niederdruckseitigen Endes eines sichelförmigen
Elements gemäß 1;
-
3 eine
perspektivische Ansicht des niederdruckseitigen Endes des sichelförmigen
Elements mit dem Pumpenzahnrad und dem Hohlrad;
-
4 eine
perspektivische Seitenansicht eines hochdruckseitigen Endes des
sichelförmigen Elements; und
-
5 eine
perspektivische Ansicht des hochdruckseitigen Endes des sichelförmigen
Elements mit dem Pumpenzahnrad und dem Hohlrad.
-
In
den 1 bis 5 sind verschiedene perspektivische
Teilansichten einer möglichen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 1 dargestellt.
Beispielsweise kann die Innenzahnradpumpe 1 in einem automatischen
Getriebe eines Fahrzeuges eingesetzt werden, um mechanische Leistung
in Form eines Antriebsmomentes an einer rotierenden Welle in hydraulische
Leistung umzuwandeln. Auf diese Weise kann bei einem Fluid, zum
Beispiel Öl, ein vorbestimmtes höheres Druckniveau
eingestellt werden. Bei der exemplarisch dargestellten Innenzahnradpumpe 1 ist
die Errichtung des Pumpenzahnrades 3 dem Uhrzeigersinn
entgegengerichtet. Somit stellt sich in der Zeichnungsebene auf
der rechten Seite die Niederdruckseite beziehungs weise Saugseite
und auf der linken Seite die Hochdruckseite beziehungsweise Druckseite
der Innenzahnradpumpe 1 ein.
-
Die
Innenzahnradpumpe 1 umfasst ein Gehäuse 2,
in dem das über eine Antriebswelle angetriebene Pumpenzahnrad 3 und
ein Hohlrad 4 gelagert sind. Das Pumpenzahnrad 3 und
das Hohlrad 4 kämmenden bereichsweise miteinander
und bilden einen Dichtbereich. Ein dem Dichtbereich gegenüberliegender
Freiraum zwischen den Schnittpunkten der Kopfkreise der Verzahnungen
des Pumpenzahnrades 3 und des Hohlrades 4 ist
mit einem im Querschnitt etwa sichelförmigen Element 5 abgedichtet.
-
Ein
erstes Ende 12 des Elements 5 ist einem Niederdruckbereich
beziehungsweise einer Saugseite der Innenzahnradpumpe 1 zugeordnet.
Ein zweites Ende 13 des Elements 5 ist einem Hochdruckbereich
beziehungsweise einer Druckseite der Innenzahnradpumpe 1 zugeordnet.
-
Erfindungsgemäß sind
die beiden Enden 12, 13 des sichelförmigen
Elements 5 unterschiedlich ausgebildet, um bei der Innenzahnradpumpe 1 ohne die
Erhöhung des erforderlichen Bauraumbedarfs Kavitationen
und die daraus resultierende Geräuscheerzeugung zu vermeiden.
-
Wie
insbesondere aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, kann an dem niederdruckseitigen Ende 12 des Elements 5 einen
etwa tangentialer Einlassbereich 6 vorgesehen sein. Dieser
Einlassbereich 6 ist so ausgebildet, dass er in den Innenradius
des sichelförmigen Elements 5 verläuft,
welches insbesondere aus 3 ersichtlich ist. Durch diesen
halbmondförmigen, sichelförmigen Einlassseitenkanal als
Einlassbereich 6 können die Strömungseigenschaften
bei dem strömenden Fluid verbessert werden, um somit die
Befüllung zu verbessern und Turbulenzen dabei zu reduzieren
beziehungsweise zu vermeiden.
-
Eine
weitere erfindungsgemäße Maßnahme wird
dadurch erreicht, dass an dem niederdruckseitigen Ende 12 des
Elements 5 ein erster Befüllkanal 7 radial
innen zu dem Element 5 und ein zweiter Befüllkanal 8 radial
außen zu dem Element 5 angeordnet sind. Die beiden
Befüllkanäle 7 und 8 verlaufen schräg
bzw. in einem vorbestimmten Winkel zur Axialrichtung. Dadurch wird
die Befüllung der Füllkammern 9, 10 an
dem Pumpenzahnrad 3 und dem Hohlrad 4 der Innenzahnradpumpe 1 weiter
optimiert. Die jeweilige Länge der Befüllkanäle 7, 8 sind
an die Kenndaten der Innenzahnradpumpe 1 und an die Eigenschaften
des verwendeten Fluids anzupassen.
-
Eine
nächste erfindungsgemäße Maßnahme ist
insbesondere aus den 3 bis 5 ersichtlich. Dort
sind perspektivische Teilansichten insbesondere des hochdruckseitigen
Endes 13 des Elements 5, also der Druckseite der
Innenzahnradpumpe 1 dargestellt. Das hochdruckseitige Ende 13 des
Elements 5 weist zumindest eine in Axialrichtung geneigte
Abschrägung 11 als Auslassbereich auf. Die Abschrägung 11,
oder auch chamfer genannt, weist einen kontinuierlichen Verlauf
in einem vorbestimmten Winkel α auf. Dies ist insbesondere
in 3 angedeutet. Die Länge der Abschrägung 11 entspricht
etwa der Breite von zwei Füllkammern 9, 10.
-
Es
wird ein halbmondförmiger, sichelförmiger Auslassseitenkanal
als Auslassbereiches gebildet. Dadurch werden die Eigenschaften
des ausströmenden Fluids verbessert und der Druckgradient
reduziert. Demzufolge können auch Betriebsgeräusche der
Innenzahnradpumpe 1 reduziert werden. Zudem kann der Wirkungsgrad
der Innenzahnradpumpe 1 bei höheren Drehzahlen
verbessert werden.
-
- 1
- Innenzahnradpumpe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Pumpenzahnrad
- 4
- Hohlrad
- 5
- sichelförmiges
Element
- 6
- Einlassbereich
- 7
- erster
Befüllkanal
- 8
- zweiter
Befüllkanal
- 9
- Füllkammern
des Pumpenzahnrades
- 10
- Füllkammern
des Hohlrad des
- 11
- Abschrägung
- 12
- erstes,
niederdruckseitiges Ende des Elements
- 13
- zweites,
hochdruckseitiges Ende des Elements
- α
- Winkel
der Abschrägung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-