-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
-
Aus
der
DE 10 2006
056 844 A1 ist eine Innenzahnradpumpe zur Förderung
eines Hydraulikfluides bekannt, mit einem Zahnradpaar und mit mindestens
zwei Druckabgängen auf der Druckseite der Innenzahnradpumpe.
Auf diese Weise kann mit Hilfe einer Innenzahnradpumpe, welche nur
wenige Bauteile aufweist, eine Fördermenge variiert werden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Innenzahnradpumpe zu schaffen,
welche möglichst wenig Bauraum beansprucht und mit möglichst wenigen
Bauteilen herstellbar ist.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in
den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus
finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der
nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale
sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen
für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass
hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
-
Durch
Nutzung eines Wellenabschnitts einer in einer Brennkraftmaschine
lagerbaren oder gelagerten Welle für den Drehantrieb des
Innenrotors beansprucht die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe
besonders wenig Bauraum. Diese Innenzahnradpumpe benötigt
keine üblicherweise vorgesehene, separate Antriebs-/Lagerwelle.
Hierdurch entfällt auch die Notwendigkeit, raumgreifende
Be wegungsübertragungseinrichtungen oder Kupplungselemente (beispielsweise
einen Riementrieb) vorzusehen, um eine Bewegung von einem Antrieb
auf eine separate Antriebs-/Lagerwelle zu übertragen. Vielmehr
beansprucht die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe in
radialer Richtung im Wesentlichen lediglich einen den Wellenabschnitt
umgebenden Bauraum. In axialer Richtung der Welle ergibt sich gegebenenfalls eine
bezogen auf die Gesamtabmessungen der Brennkraftmaschine nur unwesentliche
Verlängerung.
-
Der
Verzicht auf eine separate Antriebswelle und die Möglichkeit,
auf weitere Bewegungsübertragungseinrichtungen verzichten
zu können, bedeutet nicht nur eine Reduzierung der Anzahl
der Bauteile der Innenzahnradpumpe selbst, sondern auch eine Reduzierung
der Anzahl der Bauteile der gesamten Baugruppe aus Brennkraftmaschine
und Innenzahnradpumpe.
-
In
vorteilhafter Weise handelt es sich bei der Welle um eine Nockenwelle
oder eine Kurbelwelle oder eine Ausgleichswelle der Brennkraftmaschine. Eine
Drehbewegung einer solchen Welle kann unmittelbar auf eine Drehbewegung
des Innenrotors übertragen werden.
-
Bevorzugt
ist es, wenn der Wellenabschnitt durch ein in axialer Richtung der
Welle gesehen freies Wellenende gebildet ist, welches mit dem Innenrotor
verbindbar oder verbunden ist. Hierbei ist es denkbar, dass unter
Beibehaltung der Abmessungen eines Gehäuses der Brennkraftmaschine
die Welle verlängert wird, so dass ein freies Wellenende über das
Gehäuse der Brennkraftmaschine hervorsteht und dieses hervorstehende
Ende als Wellenabschnitt zum Antrieb des Innenrotors nutzbar ist.
-
Bevorzugt
ist es ferner, wenn das Wellenende in eine zentrale Öffnung
des Innenrotors einführbar oder eingeführt ist.
Gegenüber einer im Prinzip auch möglichen Verbindung
einer Stirnseite des Wellenendes und des Innenrotors hat das Einführen
des Wellenendes in eine zentrale Öffnung des Innenrotors
den Vorteil, dass in axialer Richtung Bauraum eingespart werden
kann. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Gestaltung
eines Gehäuses der Innenzahnradpumpe.
-
Wenn
eine Fügerichtung zum Verbinden der Welle und des Innenrotors
kotlinear zu der Antriebsachse des Innenrotors verläuft,
ergibt sich eine besonders einfache Montage der Innenzahnradpumpe.
-
Nach
einer Ausführungsform der Erfindung ist die Innenzahnradpumpe
als Sichel-Innenzahnradpumpe ausgebildet. Hierdurch kann eine kompakte Innenzahnradpumpe
mit einem besonders guten volumetrischen Wirkungsgrad bereitgestellt
werden.
-
Nach
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die
Innenzahnradpumpe als sichellose Innenzahnradpumpe ausgebildet,
welche ebenfalls eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass der Innenrotor exzentrisch zu einem Außenrotor
gelagert ist und eine mit einer Innenverzahnung des Außenrotors
kämmende Außenverzahnung aufweist, und dass die
Innenverzahnung des Außenrotors durch an dem Außenrotor
drehbar gelagerte Rollen gebildet ist. Auf diese Weise wird eine
durch den Eingriff der Außenverzahnung mit der Innenverzahnung
erzielte Dichtwirkung verbessert. Eine solche Anordnung kann auch
als ”Planetenrotorsatz” bezeichnet werden. Eine
weitere Verbesserung der Dichtwirkung kann erzielt werden, wenn
die Rollen eine Rollen-Feinverzahnung aufweisen, und wenn der Außenverzahnung
des Innenrotors eine entsprechende Innenrotor-Feinverzahnung überlagert
ist.
-
Die
Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einer vorstehend
beschriebenen Innenzahnradpumpe.
-
Ferner
betrifft die Erfindung ein Kraftstoff-Einspritzsystem für
eine Brennkraftmaschine, umfassend eine vorstehend beschriebene
Innenzahnradpumpe.
-
Nachfolgend
werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme
auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung
zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht eines Kraftstoff-Einspritzsystems mit einer
Brennkraftmaschine und mit einer Innenzahnradpumpe zur Förderung
von Kraftstoff;
-
2 eine
geschnittene Seitenansicht der Innenzahnradpumpe gemäß 1 in
vergrößerter Darstellung;
-
3 eine
der 2 entsprechende Ansicht während der Montage
der Innenzahnradpumpe an der Brennkraftmaschine;
-
4 eine
Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Zahnradanordnung
der Innenzahnradpumpe gemäß 1;
und
-
5 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Zahnradanordnung
der Innenzahnradpumpe gemäß 1.
-
Ein
in der 1 insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes
Kraftstoff-Einspritzsystem zur Versorgung einer Brennkraftmaschine 12 mit Kraftstoff
umfasst eine Innenzahnradpumpe 14.
-
Das
Kraftstoff-Einspritzsystem 10 weist einen Vorratsbehälter 16 zur
Bevorratung von Kraftstoff auf. Mit Hilfe einer Vorförderpumpe 18,
welche vorzugsweise mittels einer regelbaren Antriebseinrichtung
insbesondere in Form eines Elektromotors 20 angetrieben
ist, wird Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 16 in
eine Niederdruckleitung 22 gefördert. Durch die
Verwendung einer regelbaren Antriebseinrichtung für die
Vorförderpumpe 18 kann die Fördermenge
des Kraftstoff-Einspritzsystems 10 verstellt werden, so
dass Förderverluste reduziert werden können, die
sich durch Förderung einer Überschussmenge von
Kraftstoff ergibt, welcher dann wieder in den Vorratsbehälter 16 rückgeführt
werden muss.
-
Zur
Begrenzung des Kraftstoffdrucks in der Niederdruckleitung 22 ist
ein Niederdruckbegrenzungsventil 24 vorgesehen, mittels
welchem bei Überschreiten eines vorgebbaren Maximaldrucks Kraftstoff
aus der Niederdruckleitung 22 zurück in den Vorratsbehälter 16 geführt
wird.
-
Die
Niederdruckleitung 22 mündet an einem Eingang 26 der
Innenzahnradpumpe 14. Diese beaufschlagt den über
den Eingang 26 zugeführten Kraftstoff mit Hochdruck.
Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff gelangt über
einen Ausgang 28 der Innenzahnradpumpe 14 zu einer
Hochdruckleitung 30, welche zu ei ner Kraftstoffsammeleinrichtung in
Form eines Rails 32 führt. Das Rail 32 versorgt
Einspritzventile 34 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff. Die
Einspritzventile 34 sind jeweils einem der Brennräume
der Brennkraftmaschine 12 zugeordnet und ermöglichen
eine direkte Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume.
-
Der
Druck in dem Rail 32 wird mit Hilfe eines Drucksensors 36 erfasst.
Ein dem erfassten Druck entsprechendes Spannungssignal kann mit
Hilfe einer Datenleitung 38 einem Steuergerät 40 zugeführt werden.
Das Steuergerät 40 ist mittels einer Steuerleitung 42 mit
dem Elektromotor 20 gekoppelt.
-
Die
Brennkraftmaschine 12 umfasst ein abschnittsweise dargestelltes
Brennkraftmaschinengehäuse 44, beispielsweise
in Form eines Zylinderkopfs. Das Brennkraftmaschinengehäuse 44 weist eine
nach außen weisende Gehäuseoberfläche 46 auf.
Ferner umfasst die Brennkraftmaschine 12 eine Welle 48,
insbesondere in Form einer Nockenwelle, welche um eine Wellenachse 50 drehbar
an dem Brennkraftmaschinengehäuse 44 gelagert
ist.
-
In
dem Brennkraftmaschinengehäuse 44 ist eine Gehäuseöffnung 52 vorgesehen,
welche von der Welle 48 durchsetzt ist, so dass ein Wellenende 54 sich über
die Gehäuseoberfläche 46 hinaus in die Umgebung
der Brennkraftmaschine 12 erstreckt.
-
Die
Innenzahnradpumpe 14 weist ein topfförmiges Außengehäuse 56 auf,
welches insbesondere mit Hilfe eines angeschweißten Flansches 58 mit dem
Brennkraftmaschinengehäuse 44 verbunden ist, beispielsweise
mittels einer Schraubverbindung. Das Außengehäuse 56 weist
einen sich in Richtung auf die Brennkraftmaschine 12 erstreckenden
Gehäusevorsprung 60 auf, welcher in die Gehäuseöffnung 52 der
Brennkraftmaschine 12 eingesetzt ist. Der Gehäusevorsprung 60 weist
eine im Querschnitt kreisförmige Gehäuseaussparung 62 auf,
welche einen Durchtritt der Welle 48 ermöglicht.
-
Das
Außengehäuse 56 der Innenzahnradpumpe 14 und
das Brennkraftmaschinengehäuse 44 sind mit Hilfe
einer ringförmigen Dichtung 64 gegeneinander abgedichtet.
-
In
dem Außengehäuse 56 sind mehrere Gehäuseteile
angeordnet, nämlich ein erstes Gehäuseteil 66,
ein hierzu benachbartes zweites Gehäuseteil 68 sowie
ein als Gehäusedeckel wirkendes drittes Gehäuseteil 70.
Das dritte Gehäuseteil 70 ist mit dem Außengehäuse 56 verschweißt.
Bevorzugt ist es, wenn die Gehäuseteile 66, 68 und 70 zueinander
parallele Planflächen aufweisen, so dass die Gehäuseteile
mit diesen Planflächen metallische Dichtflächen bilden.
Dabei kann mit Hilfe des dritten Gehäuseteils 70 eine
Dichtkraft erzeugt werden, welche die Gehäuseteile 66 und 68 in
das Außengehäuse 56 hineindrückt.
-
Das
erste Gehäuseteil 66 und das zweite Gehäuseteil 68 dienen
zur Begrenzung einer Pumpenkammer in Form eines Aufnahmeraums 72,
in welchem eine Zahnradanordnung 74 angeordnet ist. Die
Zahnradanordnung 74 bildet die eigentliche Fördereinheit
der Innenzahnradpumpe 14. Die Zahnradanordnung 74 ist
in axialer Richtung zwischen dem ersten Gehäuseteil 66 und
dem zweiten Gehäuseteil 68 gelagert. Das erste
Gehäuseteil 66 bildet gleichzeitig eine radiale
Lagerung für die Zahnradanordnung 74.
-
Die
Innenzahnradpumpe 14 weist niederdruckseitig einen mit
dem Eingang 26 verbundenen Niederdruckkanal 76 auf,
welcher in dem dritten Gehäuseteil 70 ausgebildet
ist. Der Niederdruckkanal 76 mündet an einer Saugniere 78,
welche in dem zweiten Gehäuseteil 68 ausgebildet
ist. Das erste Gehäuseteil 66 weist eine der Form
der Saugniere 78 entsprechende Gegenniere 80 auf.
-
Druckseitig
umfasst die Innenzahnradpumpe 14 einen mit dem Ausgang 28 verbundenen
Hochdruckkanal 82 auf, welcher in dem dritten Gehäuseteil 70 ausgebildet
ist. Der Hochdruckkanal 82 ist mit einer Druckniere 84 verbunden,
welche in dem zweiten Gehäuseteil 68 ausgebildet
ist. In dem ersten Gehäuseteil 66 ist eine der
Form der Druckniere 84 entsprechende Gegenniere 86 angeordnet.
Mit Hilfe der Gegennieren 80 und 86 wird erreicht,
dass die Zahnradanordnung 74 von beiden Seiten her gleichmäßig mit
Druck belastet wird.
-
Ferner
umfasst die Innenzahnradpumpe 14 ein Druckbegrenzungsventil 88,
mittels welchem bei Überschreiten eines vorgebbaren Betriebsdrucks eine
Fluidverbindung zwischen dem Hochdruckkanal 82 und dem
Niederdruckkanal 76 herstellbar ist. Das Druckbegrenzungsventil 88 ist
in einem Verbindungskanal 90 angeordnet, welcher sich zwischen dem
Hochdruckkanal 82 und dem Nieder druckkanal 76 erstreckt.
Das Druckbegrenzungsventil 88 weist eine in den Verbindungskanal 90 eingepressten
Ventilsitz 92, einen mit dem Ventilsitz 92 zusammenwirkenden
Ventilkörper 94 und eine Ventilfeder 96 auf, welche
den Ventilkörper 94 gegen den Ventilsitz 92 drückt.
Der Verbindungskanal 90 ist in Form einer Sacklochbohrung
ausgebildet und an dessen offenem Ende mit Hilfe eines eingepressten
Stopfens 98 verschlossen.
-
Die
Integration des Eingangs 26 und des Ausgangs 28 sowie
des Druckbegrenzungsventils 88 in das dritte Gehäuseteil 70 ermöglicht
einen weitgehenden Verzicht auf zusätzliche Dichtelemente
und somit eine weitere Verringerung der Bauteilzahl der Innenzahnradpumpe 14.
-
Die
Zahnradanordnung 74 weist einen Innenrotor 100 auf,
welcher exzentrisch zu einem Außenrotor 102 gelagert
ist (vergleiche 2 und 4). Der
Innenrotor 100 ist um eine dem Innenrotor 100 zugeordnete
Antriebsachse 104 drehbar. Die Antriebsachse 104 ist
kotlinear mit der Wellenachse 50 der Welle 48.
-
Der
Innenrotor 100 weist eine zentrale Öffnung 106 auf,
in welche das Wellenende 54 der Welle 48 einführbar
ist (vergleiche 3).
-
Die
Welle 48 weist einen Hauptabschnitt 108 auf, welcher
sich innerhalb des Brennkraftmaschinengehäuses 44 erstreckt.
An den Hauptabschnitt 108 schließt sich in Richtung
auf die Innenzahnradpumpe 14 ein Wellenabsatz 110 an,
eine insbesondere ballig geformte Wellenführungsfläche 112,
ein Wellenabschnitt 114 sowie ein stirnseitig angeordneter
Wellenzapfen 116.
-
Der
Wellenabsatz 110 durchdringt die Gehäuseaussparung 62 des
Außengehäuses 56. Zur Abdichtung der
Welle 48 gegenüber der Innenzahnradpumpe 14 ist
eine Dichtungseinrichtung 118 vorgesehen, welche insbesondere
in Form eines Radialdichtrings ausgebildet ist. Diese ist innerhalb
des Gehäusevorsprungs 60 angeordnet und umfasst
eine schematisch dargestellte erste Dichtlippe 120, mittels welcher
ein Eindringen von Öl aus dem Inneren der Brennkraftmaschine 12 in
die Innenzahnradpumpe 14 hinein verhindert wird. Ferner
umfasst die Dichtungseinrichtung 118 eine zweite Dichtlippe 122,
mittels welcher ein Austritt von Kraftstoff aus dem Inneren der
Innenzahnradpumpe 14 heraus in den Innenraum der Brennkraftmaschine 12 hinein
verhindert wird.
-
Die
Wellenführungsfläche 112 ist in einer
zylindrischen Lagerfläche 124 gelagert, welche
an dem ersten Gehäuseteil 66 ausgebildet ist.
An die Lagerfläche 124 schließt sich
eine gegenüber der Lagerfläche 124 geneigte
Zentrierfläche 126 an, mittels welcher das Einführen
der Wellenführungsfläche 112 in die Lagerfläche 124 erleichtert
wird (vergleiche 3).
-
Der
Wellenabschnitt 114 weist beispielsweise ein mehrkantiges
Profil, insbesondere ein Vierkantprofil auf. Dieses Profil wirkt
mit einem entsprechenden Profil der zentralen Öffnung 106 des
Innenrotors 100 zusammen. Auf diese Weise kann zwischen
dem Wellenabschnitt 114 und dem Innenrotor 100 eine
formschlüssige, drehfeste Verbindung hergestellt werden.
-
Um
die Welle 48 mit der Innenzahnradpumpe 14 zu fügen,
werden die Welle 48 und die Innenzahnradpumpe 14 in
einer der mit 128 und 130 bezeichneten Fügerichtungen
aufeinander zu bewegt. Die Fügerichtungen 128 und 130 sind
kollinear zu der Antriebsachse 104 des Innenrotors 100 und
zu der Wellenachse 50 der Welle 48.
-
Der
Wellenzapfen 116 ist vorzugsweise zylindrisch ausgebildet
und dient während des Einführens des Wellenendes 54 in
die Innenzahnradpumpe 14 als weitere Einführhilfe.
Im einfachsten Fall wird die Innenzahnradpumpe 14 auf das
freie Wellenende 54 aufgesteckt. Durch Führung
der Wellenführungsfläche 112 in der Lagefläche 124 wird
eine Zentrierwirkung errreicht, mit welcher ein Verspannen des Innenrotors 100 verhindert
wird. Eine Beschädigung der Dichtungseinrichtung 118 während
des Fügens der Welle 48 und des Innenrotors 100 wird
dadurch verhindert, dass der Wellenzapfen 116 zuerst in
die zentrale Öffnung 106 des Innenrotors 100 eingreift, bevor
der Wellenabsatz 110 in die Gehäuseaussparung 62 eingeführt
und in Eingriff mit den Dichtlippen 120 und 122 gebracht
wird.
-
Die
Zahnradanordnung 74 der Innenzahnradpumpe 14 ist
in 4 dargestellt. Der an dem ersten Gehäuseteil 68 gelagerte
Außenrotor 102 ist um eine Außenrotorachse 132 drehbar;
diese Achse verläuft parallel zu der Antriebsachse 104 des
Innenrotors 100. Die Antriebsachse 104 ist zu
der Außenrotorachse 132 ver setzt, so dass der
Innenrotor 100 exzentrisch zu dem Außenrotor 102 gelagert
ist.
-
Der
Außenrotor 102 weist eine Innenverzahnung 134 auf,
welche mit einer Außenverzahnung 136 des Innenrotors 100 zusammenwirkt.
Die Innenverzahnung 134 des Außenrotors 102 ist
durch eine Mehrzahl von Rollen 138 gebildet, welche jeweils
in an dem Außenrotor 102 vorgesehene taschenförmige
Ausnehmungen 140 gelagert sind.
-
Die
Rollen 138 weisen eine Rollenfeinverzahnung 142 auf,
welche mit einer Innenrotor-Feinverzahnung 144 kämmt,
welche der Außenverzahnung 136 des Innenrotors 100 überlagert
ist.
-
Mit
Hilfe der Welle 48 ist der Innenrotor 100 in einer
Antriebsrichtung 146 drehbar antreibbar. Durch den kämmenden
Eingriff des Innenrotors 100 mit den Rollen 138 werden
diese ebenfalls verdreht und nehmen hierdurch den Außenrotor 102 in
einer der Antriebsdrehrichtung 146 entsprechenden Drehrichtung
mit. Auf diese Weise kann mittels des Eingangs 26 der Innenzahnradpumpe 14 zugeführter Kraftstoff
von einer Saugseite 148 zu einer Druckseite 150 hin
verdichtet und dem Ausgang 28 der Innenzahnradpumpe 14 zugeführt
werden.
-
Anstelle
der in 4 dargestellten Zahnradanordnung 74 (”Planetenrotorsatz”)
kann auch eine Zahnradanordnung 74 verwendet werden, welche
lediglich einen Innenrotor 100 und einen Außenrotor 102 umfasst,
wobei die Innenverzahnung 134 des Außenrotors 102 mit
diesem einstückig ausgebildet ist. Eine solche Innenzahnradpumpe 14 lässt
sich auch als sichellose Innenzahnradpumpe bezeichnen.
-
Alternativ
hierzu kann eine in 5 dargestellte Zahnradanordnung 74 verwendet
werden, welche ebenfalls einen Innenrotor 100 und einen
Außenrotor 102 umfasst, wobei jedoch zur Trennung von
Saugseite 148 und Druckseite 150 eine Sichel 152 vorgesehen
ist. Eine solche Innenzahnradpumpe 14 kann auch als Sichel-Innenzahnradpumpe
bezeichnet werden.
-
Bevorzugt
ist es, wenn zumindest einige der Bauteile der Innenzahnradpumpe 14 urformend,
insbesondere werkzeugfallend, herstellbar sind. Beispielsweise kön nen
die Gehäuseteile 66, 68 und 70 und/oder
die Zahnräder der Zahnradanordnung 74 Sinterteile
sein. Das Außengehäuse 56 und/oder der Flansch 58 sind
in vorteilhafter Weise als Blechformteil ausgebildet.
-
Einzelne
Merkmale der vorstehend beschriebenen Innenzahnradpumpe 14 können
auch dann vorteilhaft sein, wenn diese eine eigene Antriebs-/Lagerwelle
aufweist, also nicht mit Hilfe einer Welle 48 einer Brennkraftmaschine 12 angetrieben
ist. Diese Merkmale betreffen insbesondere den Aufbau des Gehäuses
mit dem Außengehäuse 56 und den Gehäuseteilen 66, 68 und 70,
die Möglichkeit der Fördermengenverstellung der
Vorförderpumpe 18, die Integration des Eingangs 26 und/oder
des Ausgangs 28 und/oder des Druckbegrenzungsventils 88 in
das Gehäuseteil 70 sowie die Ausgestaltung der
Zahnradanordnung 74.
-
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
-
- - DE 102006056844
A1 [0002]