DE102011009221A1

DE102011009221A1 - Zahnradpumpe

Info

Publication number: DE102011009221A1
Application number: DE102011009221A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gitt-Gehrke Andreas; Michael Lüer; Björn Kramer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-01-22
Filing date: 2011-01-22
Publication date: 2012-07-26
Also published as: EP2479434A3; EP2479434A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere Ölpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer fördermengenverändernden Verschiebeeinheit (20), die zwischen einer ersten Steuerkammer (22) und einer zweiten Steuerkammer (24) verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Steuerkammer (22) eine Rückstellfeder (26) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese eine Kraft in Richtung der zweiten Steuerkammer (24) auf die Verschiebeeinheit (20) ausübt, wobei die Verschiebeeinheit (20) einen ersten Steuerkolben (32), welcher der ersten Steuerkammer (22) zugewandt ist, und einen zweiten Steuerkolben (34), welcher der zweiten Steuerkammer (24) zugewandt ist, aufweist. Hierbei weist der zweite Steuerkolben (34) an seinem Umfang eine über wenigstens einen Teil des Umfangs in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut (42) auf, wobei am zweiten Steuerkolben (34) zusätzlich ein fluidleitender Kanal (44) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass dieser Kanal (44) die Ringnut (42) fluidleitend mit einer Saugseite (40) der Zahnradpumpe verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere Ölpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer fördermengenverändernden Verschiebeeinheit, die zwischen einer ersten Steuerkammer und einer zweiten Steuerkammer verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Steuerkammer eine Rückstellfeder derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese eine Kraft in Richtung der zweiten Steuerkammer auf die Verschiebeeinheit ausübt, wobei die Verschiebeeinheit einen ersten Steuerkolben, welcher der ersten Steuerkammer zugewandt ist, und einen zweiten Steuerkolben, welcher der zweiten Steuerkammer zugewandt ist, aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der Regelung von Ölpumpen, werden hauptsächlich Verschiebeeinheiten verwendet, welche entweder axial oder radial das Fördervolumen eines Verdrängers reduzieren. Dabei wird ein Raum geschaffen, der mit Steueröl befüllt bzw. belüftet werden muss. Erfolgt die Belüftung nicht schnell genug bzw. gibt es Schaltstellungen der Steuereinheit, bei welcher das Öl nicht entweichen kann, kommt es im dynamischen Betrieb zum Zusammenbruch des Öldruckes. Gegebenenfalls tritt Rohöl aus der Förderkammer der Zahnradpumpe in eine Steuerkammer ein. Die hierdurch entstehenden Druckdifferenzen beeinträchtigen das Regelverhalten zusätzlich.
Aus der DE 100 43 842 A1 ist eine gattungsgemäße Zahnradpumpe mit einer fördermengenverändernden Verschiebeeinheit bekannt. Zur Lösung der o. g. Probleme wird vorgeschlagen, die beiden Steuerkammern über eine Druckleitung, in der eine Drossel angeordnet ist, miteinander fluidleitend zu verbinden. Weiterhin ist eine der Druckkammern mit einer Maximaldruckbegrenzung versehen. Dies erzielt eine betriebsoptimierte Fördermengenregelung bei gleichzeitiger Reduzierung der zum Betreibender Zahnradpumpe notwendigen Antriebsleistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe der o. g. Art dahingehend zu verbessern, dass diese in allen Betriebssituationen selbsttätig einregelt und unerwünschte Störeinflüsse auf die Regelung vermieden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Zahnradpumpe der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist es bei einer Zahnradpumpe der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Steuerkolben an seinem Umfang eine über wenigstens einen Teil des Umfangs in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut aufweist, wobei am zweiten Steuerkolben zusätzlich ein fluidleitender Kanal derart angeordnet und ausgebildet ist, dass dieser Kanal die Ringnut fluidleitend mit einer Saugseite der Zahnradpumpe verbindet.
Dies hat den Vorteil, dass ein von einer Förderkammer der Zahnradpumpe zu der zweiten Steuerkammer g. durchtretender Volumenstrom eines von der Zahnradpumpe geförderten gegebenenfalls Fluids in der Ringnut gesammelt und aktiv über den Kanal abgesaugt wird. Hierdurch wird ein Gesamtwirkungsgrad der Zahnradpumpe verbessert, da eine unerwünschte, das Regelverhalten negativ beeinflussende Druckdifferenz aufgrund von Fluiddurchtritt zwischen einem Förderraum und der zweiten Steuerkammer wirksam vermieden ist. Mit dem effektiv verbesserten Reglerverhalten wird der effektiv nutzbare Volumenstrom der Zahnradpumpe und damit auch der Wirkungsgrad erhöht.
Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Zahnradpumpe bei gleichzeitig hoher Funktionssicherheit erzielt man dadurch, dass der Kanal auf dem Umfang des zweiten Steuerkolbens als eine Längsnut ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt eignet sich die erfindungsgemäße Zahnradpumpe als Ölpumpe, beispielsweise für eine Brennkraftmaschine, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, wobei in diesem Fall das von der Zahnradpumpe geförderte Fluid Öl ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe in Schnittansicht,
2 die Zahnradpumpe gemäß 1 in einer Schnittansicht gemäß Linie I-I von 1,
3 die Zahnradpumpe gemäß 1 in einer perspektivischen, teilweise aufgebrochenen Ansicht,
4 eine graphische Darstellung eines Volumenstromes über einen Pumpendruck für eine herkömmliche Zahnradpumpe nach dem Stand der Technik und
5 eine graphische Darstellung eines Volumenstromes über einen Pumpendruck für eine erfindungsgemäß ausgebildete Zahnradpumpe.
Die in 1 bis 4 dargestellte, beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe ist als Außenzahnradpumpe ausgebildet. Die Zahnradpumpe weist ein Gehäuse 10 auf, welches einen Deckel 12 trägt. Im Deckel 12 ist eine Antriebswelle 14 drehbar gelagert. Die Antriebswelle 14 ist mit einem Antriebszahnrad bzw. Antriebsförderrad 16 drehfest verbunden, welches mit einem Abtriebszahnrad bzw. Förderrad 18 in kämmender Verbindung steht. Die Zahnradpumpe ist mit einer fördermengenverändernden Verschiebeeinheit 20 versehen, die zwischen einer ersten Druckkammer bzw. Steuerkammer 22 und einer zweiten Druckkammer bzw. Steuerkammer 24 verschiebbar angeordnet ist. In der ersten Steuerkammer 22 ist eine auf die Verschiebeeinheit 20 wirkende Druckfeder 26 angeordnet. Diese übt auf die Verschiebeeinheit 20 eine rückstellende Kraft in Richtung der zweiten Steuerkammer 24 aus.
Die Verschiebeeinheit 20 ist gemäß Doppelpfeil 28 axial verschiebbar und umfasst eine Abtriebswelle 30 und jeweils auf dieser koaxial angeordnet das Förderrad 18, einen die erste Steuerkammer 22 begrenzenden ersten Steuerkolben bzw. Federkolben 32 sowie einen die zweite Steuerkammer 24 begrenzenden zweiten Steuerkolben 34. Dabei ist das Förderrad 18 auf der Abtriebswelle 30 drehbar gelagert, während der zweite Steuerkolben 34 und der Federkolben 32 auf der Abtriebswelle 30 aufgepresst sind. Die Verschiebeeinheit 20 ist in Abhängigkeit einer eventuell sich einstellenden Druckdifferenz zwischen der ersten Steuerkammer 22 und der zweiten Steuerkammer 24 in Bezug auf das nicht axial verschiebbare Antriebsförderrad 16 gemäß Doppelpfeil 28 verschiebbar.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, bilden das Förderrad 18, das Antriebsförderrad 16 und das Gehäuse 10 eine Förderkammer 36 sowie eine Druckseite 38 und eine Saugseite 40 aus.
Bei einer entsprechenden Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Steuerkammer 22, 24 kommt es zu eine axialen Verschiebung der Verschiebeeinheit relativ zum Antriebsförderrad 16. Hierdurch verändert sich eine axiale Länge des Bereiches, in dem das Antriebsförderrad 16 und das Förderrad 18 miteinander in kämmendem Eingriff stehen. Je größer diese axiale Länge ist, desto mehr Fluid wird von der Saugseite zur Druckseite gefördert bzw. je kleiner diese axiale Länge ist, desto weniger Fluid wird von der Saugseite zur Druckseite gefördert.
Erfindungsgemäß ist an dem zweiten Steuerkolben 34 an dessen Umfang eine in Umfangsrichtung über einen Teil des Umfangs verlaufende Ringnut 42 vorgesehen. In dieser Ringnut 42 sammelt sich Fluid, welches zwischen dem zweiten Steuerkolben 32 und dem Gehäuse 10 von der Förderkammer 36 in Richtung der zweiten Steuerkammer 24 durchtritt. Weiterhin ist am Umfang des zweiten Steuerkolbens 32 eine Längsnut 44 derart ausgebildet und angeordnet, dass diese Längsnut 44 die Ringnut 42 fluidleitend mit der Saugseite 40 verbindet. Auf diese Weise wird sich ggf. in der Ringnut 42 ansammelndes Fluid aktiv über die Längsnut 44 abgesaugt. Ein Durchtritt von Fluid in die zweite Steuerkammer 24 ist dadurch wirksam verhindert.
Die Wirksamkeit wurde auf einem Komponentenprüfstand nachgewiesen. Dabei wurde bei verschiedenen Temperaturen der Gegendruck variiert und damit das real geförderte Fluid ermittelt. Durch das Einbringen der Längsnut 44 konnte die Fördermenge um 2,5% gesteigert werden.
In 4 ist das Ergebnis eines Versuchs mit einer Zahnradpumpe ohne Ringnut 42 und Längsnut 44 graphisch dargestellt. Auf einer horizontalen Achse 46 ist ein Pumpendruck in bar und auf einer vertikalen Achse 48 ist ein Volumenstrom über die Zahnradpumpe in ccm/U angegeben. Ein erster Graph 50 veranschaulicht die Abhängigkeit des Volumenstroms 48 von dem Pumpendruck 46 für eine Zahnradpumpe ohne Ringnut 42 und Längsnut 44. Der Volumenstrom 48 beginnt bei einem Wert von ca. 8 ccm/U und nimmt mit zunehmendem Pumpendruck 46 ab. Bei 1 bar Pumpendruck 46 beträgt der Volumenstrom 48 noch etwa 6,8 ccm/U.
In 5 ist das Ergebnis eines Versuchs mit einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe mit Ringnut 42 und Längsnut 44 unter ansonsten gleichen Bedingungen graphisch dargestellt. Auf der horizontalen Achse 46 ist wieder der Pumpendruck in bar und auf der vertikalen Achse 48 ist wieder der Volumenstrom über die Zahnradpumpe in ccm/U angegeben. Ein zweiter Graph 52 veranschaulicht die Abhängigkeit des Volumenstroms 48 von dem Pumpendruck 46 für die erfindungsgemäße Zahnradpumpe mit Ringnut 42 und Längsnut 44. Der Volumenstrom 48 beginnt bei einem Wert von ca. 8 ccm/U und nimmt mit zunehmendem Pumpendruck 46 ab. Bei 1 bar Pumpendruck 46 beträgt der Volumenstrom 48 etwa 7,0 ccm/U.
Bei 1 bar Pumpendruck bzw. Gegendruck erhöht sich somit bei ein und derselben Pumpe durch die erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehene Ringnut 42 mit Längsnut 44 der real geförderte Volumenstrom von 6,8 auf 7,0 ccm/U. Bei ca. 1000 Umdrehungen pro Minute entspricht dies einer Erhöhung des Volumenstromes von 6,8 l/min auf 7,0 l/min. Dies entspricht einer Verbesserung des Wirkungsgrades um 2,5% auf 76,5%.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
12: Deckel
14: Antriebswelle
16: Antriebszahnrad bzw. Antriebsförderrad
18: Abtriebszahnrad bzw. Förderrad
20: Verschiebeeinheit
22: erste Druckkammer bzw. Steuerkammer
24: zweite Druckkammer bzw. Steuerkammer
26: Druckfeder
28: Doppelpfeil
30: Abtriebswelle
32: erster Steuerkolben bzw. Federkolben
34: zweiten Steuerkolben
36: Förderkammer
38: Druckseite
40: Saugseite
42: Ringnut
44: Längsnut
46: horizontale Achse: Pumpendruck in bar
48: vertikale Achse: Volumenstrom über die Zahnradpumpe in ccm/U
50: erster Graph: Volumenstroms 48 über Pumpendruck 46 für eine Zahnradpumpe ohne Ringnut 42 und Längsnut 44
52: zweiter Graph:

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 10043842 A1 [0003]

Claims

Zahnradpumpe, insbesondere Ölpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer fördermengenverändernden Verschiebeeinheit (20), die zwischen einer ersten Steuerkammer (22) und einer zweiten Steuerkammer (24) verschiebbar angeordnet ist, wobei in der ersten Steuerkammer (22) eine Rückstellfeder (26) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass diese eine Kraft in Richtung der zweiten Steuerkammer (24) auf die Verschiebeeinheit (20) ausübt, wobei die Verschiebeeinheit (20) einen ersten Steuerkolben (32), welcher der ersten Steuerkammer (22) zugewandt ist, und einen zweiten Steuerkolben (34), welcher der zweiten Steuerkammer (24) zugewandt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuerkolben (34) an seinem Umfang eine über wenigstens einen Teil des Umfangs in Umfangsrichtung verlaufende Ringnut (42) aufweist, wobei am zweiten Steuerkolben (34) zusätzlich ein fluidleitender Kanal (44) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass dieser Kanal (44) die Ringnut (42) fluidleitend mit einer Saugseite (40) der Zahnradpumpe verbindet.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (44) auf dem Umfang des zweiten Steuerkolbens (34) als eine Längsnut ausgebildet ist.
Zahnradpumpe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Zahnradpumpe geförderte Fluid Öl ist.