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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff in einem Hochdruckeinspritzsystem, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Innenzahnradpumpen, insbesondere sogenannte Gerotorpumpen, werden zur Förderung von Fluiden eingesetzt, beispielsweise zur Förderung von Kraftstoff in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine.
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Bei Gerotorpumpen sind der innenverzahnte Zahnring und das außenverzahnte Zahnrad exzentrisch zueinander gelagert. Die Zu- und Abströmung des zu fördernden Fluids erfolgt dabei über Strömungskanäle bzw. über sogenannte Zu- und Ablaufnieren, die im Stand der Technik grundsätzlich symmetrisch zu der Exzentrizität der Lagerstellen angeordnet sind.
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Eine Innenzahnradpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise in
DE 100 35 900 A1 beschrieben. Die dortige Innenzahnradpumpe weist einen innenverzahnten Zahnring und ein außenverzahntes Ritzel bzw. Zahnrad auf, das zum Erzeugen einer Pumpenwirkung mit dem innenverzahnten Zahnring zusammenwirkt.
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Die aus dem außenverzahnten Zahnrad, das als Rotor wirkt, und dem innenverzahnten Zahnring (Ritzel) gebildete Verzahnung, die sogenannte Gerotor-Verzahnung, weist ein radiales Kopfspiel auf, durch welches eine Spaltströmung fließt, so dass eine Leckage zwischen Saug- und Druckseite auftritt. Dieses Kopfspiel ist jedoch erforderlich, um eine Lagerung von Rotor und Ritzel an den dafür vorgesehenen Lagerstellen zu ermöglichen.
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Zur Verringerung der internen Leckageverluste zwischen der Saug- und der Druckseite ist es aus
DE 297 03 656 U1 bekannt, die Zahnköpfe des Zahnrads und des Zahnrings in einem vorbestimmten Bereich aufeinander zu pressen.
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Dieser mechanisch und hydraulisch unterstützte Mechanismus bringt jedoch einen deutlich erhöhten Verschleiß an den Zahnköpfen mit sich. Auch steigen durch die Anpresskräfte die mechanischen Reibungsverluste.
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Daher ist es wünschenswert, eine Zahnradpumpe bereitzustellen, mittels welcher interne Leckageverluste vermieden werden können, ohne jedoch dabei den Verschleiß an den Zahnköpfen der Verzahnung zu erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Zahnradpumpe zum Fördern eines Fluids, insbesondere zum Fördern von Kraftstoff in einem Hochdruckeinspritzsystem, bereitgestellt, welche ein drehbar gelagertes außenverzahntes Zahnrad und einen innenverzahnten Zahnring aufweist, welche exzentrisch zueinander gelagert sind, zusammen eine Verzahnung bilden und zur Erzeugung einer Förderwirkung in kämmendem Eingriff stehen, wobei der innenverzahnte Zahnring eine Vielzahl von ersten Zahnköpfen aufweist, welche elastisch deformierbar sind, und/oder wobei das außenverzahnte Zahnrad eine Vielzahl von zweiten Zahnköpfen aufweist, welche elastisch deformierbar sind. Dadurch, dass die Verzahnung der Gerotorpumpe spielfrei, d. h. ohne Kopfspiel, ausgeführt ist, und das außenverzahnte Zahnrad und/oder der innenverzahnte Zahnring im Bereich ihrer jeweiligen Zahnköpfe elastisch deformierbar sind, werden die internen Leckageverluste vermieden oder zumindest deutlich reduziert, ohne dass dabei das Risiko besteht, dass der Verschleiß an der Verzahnung erhöht wird. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration wird eine kostengünstige Lösung für eine Zahnradpumpe geschaffen, die auch für höhere Drücke ausgelegt ist, und welche auch bei zu fördernden Fluiden mit nur geringen Viskositäten eine hohe Effizienz in der Förderleistung erzielt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind ein saugseitiger Zulaufkanal und ein druckseitiger Ablaufkanal im Wesentlichen symmetrisch zu der Exzentrizität angeordnet.
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Vorzugsweise ist darüber hinaus die Verzahnung zwischen dem innenverzahnten Zahnring und dem außenverzahnten Zahnrad im Wesentlichen spielfrei ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder erste Zahnkopf von der Vielzahl von ersten Zahnköpfen mit einer ersten Ausnehmung versehen. Durch die ersten Ausnehmungen in den ersten Zahnköpfen wird der Zahnring auf einfache Art und Weise elastisch deformierbar gemacht.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Ausnehmungen jeweils im Wesentlichen in der Mitte eines jeweiligen ersten Zahnkopfs angeordnet.
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Vorzugsweise ist jeder von der Vielzahl von zweiten Zahnköpfen mit einer zweiten Ausnehmung versehen. Durch die zweiten Ausnehmungen in den zweiten Zahnköpfen wird das Zahnrad auf einfache Art und Weise elastisch deformierbar gemacht.
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Besonders bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn die zweiten Ausnehmungen jeweils im Wesentlichen in der Mitte eines jeweiligen zweiten Zahnkopfs angeordnet sind.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zahnradpumpe eine Innenzahnradpumpe, bei welcher der Zahnring als Rotor wirkt.
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Besonders bevorzugt ist es auch, wenn die ersten und zweiten Ausnehmungen durch einen Urformprozess, insbesondere mittels eines Sinter- oder Spritzgussverfahrens, hergestellt sind. Hierbei entstehen keine Zusatzkosten in der Herstellung und darüber hinaus kann Material eingespart werden, was die Produktionskosten senkt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zahnradpumpe an eine Hochdruckpumpe eines Hochdruckeinspritzsystems anbaubar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Schnitt durch eine elektrische Zahnradpumpe gemäß dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals und des Ablaufkanals der in 1 dargestellten elektrischen Zahnradpumpe gemäß dem Stand der Technik;
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3 eine schematische Darstellung eines innenverzahnten Zahnrings gemäß einer Ausführungsform; und
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4 eine schematische Darstellung eines außenverzahnten Zahnrads gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Zahnradpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Zahnradpumpe 1 umfasst ein Zahnradpaar bzw. eine Verzahnung, welche aus einem innenverzahnten Zahnring 2, der als Rotor wirkt, und einem außenverzahnten Zahnrad 3 bzw. Ritzel besteht. Der Zahnring 2 weist eine Vielzahl von ersten Zahnköpfen 13 (neun erste Zahnköpfe 13 in der Ausführungsform) und das Zahnrad 3 weist eine Vielzahl von zweiten Zahnköpfen 14 (acht zweite Zahnköpfe 14 in der Ausführungsform) auf.
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Das außenverzahnte Zahnrad 3 ist exzentrisch zum innenverzahnten Zahnring 2 drehbar auf einem Lagerzapfen 4 angeordnet. Wird das außenverzahnte Zahnrad 3 in eine Drehbewegung versetzt, so kämmt die Außenverzahnung des außenverzahnten Zahnrads 3 in der Innenverzahnung des innenverzahnten Zahnrings 2 und erzeugt einen Fördervolumenstrom des Fluids, in welchem die Verzahnung läuft. Die Drehrichtung des als Rotor wirkenden innenverzahnten Zahnrings 2 ist durch den mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichneten Pfeil angedeutet, hier also entgegen dem Uhrzeigersinn. Der innenverzahnte Zahnring 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3 sind gleitgelagert und weisen ein jeweiliges Lagerspiel auf. Darüber hinaus sind zwischen dem Zahnring 2 und dem Zahnrad 3 eine Vielzahl von Förderräumen 10 ausgebildet.
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Weiterhin ist das Zahnradpaar aus dem innenverzahnten Zahnring 2 und dem außenverzahnten Zahnrad 3 in einem Gehäuse (hier nicht dargestellt) angeordnet. Außerdem sind der innenverzahnte Zahnring 2 und das außenverzahnte Zahnrad 3, wie oben bereits erwähnt, exzentrisch zueinander gelagert, wobei die Exzentrizität durch das Bezugszeichen 6 gekennzeichnet ist.
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Die elektrische Zahnradpumpe 1 weist darüber hinaus einen saugseitigen Zulaufkanal 7 zum Einleiten des Fluids in das Innere der Zahnradpumpe 1 und einen druckseitigen Ablaufkanal 8 zum Ableiten des zu fördernden Fluids aus der Zahnradpumpe 1 heraus, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, auf. Der Zulaufkanal 7 und der Ablaufkanal 8 sind hier um 180° zueinander versetzt angeordnet und sind als Zulaufniere bzw. Ablaufniere ausgebildet (siehe 2). Der Zulaufkanal 7 und der Ablaufkanal 8 sind in dem hier nicht dargestellten Gehäuse oder dem Deckel der Zahnradpumpe 1 ausgebildet, deren Länge sich aufgrund einer internen Abdichtung zwischen Saug- und Dichtseite jeweilig über einen Winkel von etwas unterhalb 180° erstreckt. Der Zulaufkanal 7 befindet sich dabei in einem ersten Winkelbereich 9, in welchem sich die Förderräume 10 bei Drehung des Zahnrings 2 und des Zahnrads 3 in der Drehrichtung 5 entgegen dem Uhrzeigersinn vergrößern. Der Ablaufkanal 8 befindet sich dagegen in einem zweiten Winkelbereich 11, in welchem sich die Förderräume 10 bei Drehung des Zahnrings 2 und des Zahnrads 3 in der Drehrichtung 5 verkleinern.
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Um interne Leckageverluste zwischen Saug- und Druckseite der Zahnradpumpe 1 zu verringern, können die ersten Zahnköpfe 13 und die zweiten Zahnköpfe 14 in dem durch das Bezugszeichen 15 gekennzeichneten Bereich mittels eines hier nicht dargestellten mechanischen und hydraulischen Mechanismus aufeinander gepresst werden, was jedoch, wie bereits erwähnt, einen deutlich erhöhten Verschleiß an den ersten und zweiten Zahnköpfen 13, 14 verursacht.
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2 ist eine schematische Darstellung der Anordnung des Zulaufkanals 7 und des Ablaufkanals 8 der in 1 dargestellten elektrischen Zahnradpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Der Zulaufkanal 7 und der Ablaufkanal 8 sind jeweils als Ablaufniere ausgebildet und weisen jeweilig eine Länge über einen Winkelbereich von weniger als 180° auf, so dass ein Dichtbereich 12 zwischen der Saugseite und der Druckseite der elektrischen Zahnradpumpe 1 bzw. zwischen dem Zulaufkanal 7 und dem Ablaufkanal 8 entsteht. Der Dichtbereich 12 umfasst dabei einen ersten Teilbereich 16, welcher dem ersten Winkel α1 entspricht, welcher auf der Seite angeordnet ist, auf welcher sich die Förderräume 10 bei der Drehung des Zahnrads 3 und des Zahnrings 2 vergrößern, und einen zweiten Teilbereich 17, welcher dem zweiten Winkel α2 entspricht, welcher auf der Seite angeordnet ist, auf welcher sich die Förderräume 10 bei der Drehung des Zahnrads 3 und des Zahnrings 2 verkleinern.
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3 ist eine schematische Darstellung eines innenverzahnten Zahnrings 2 gemäß einer Ausführungsform. Wie hier erkennbar ist, weist der innenverzahnte Zahnring 2 neun erste Zahnköpfe 13 auf, welche die erste Verzahnungsgeometrie 18 ausbilden. In jedem der ersten Zahnköpfe 13 ist jeweils mittig eine erste Ausnehmung 19 ausgebildet, um den innenverzahnten Zahnring 2 im Bereich der ersten Zahnköpfe 13 elastisch deformierbar zu machen.
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4 ist eine schematische Darstellung eines außenverzahnten Zahnrads 3 gemäß einer Ausführungsform. Das außenverzahnte Zahnrad 3 weist in dieser Ausführungsform acht zweite Zahnköpfe 14 auf, welche die zweite Verzahnungsgeometrie 20 ausbilden. In jedem der zweiten Zahnköpfe 14 ist jeweils mittig eine zweite Ausnehmung 21 ausgebildet, um das außenverzahnte Zahnrad 3 im Bereich der zweiten Zahnköpfe 14 elastisch deformierbar zu machen.
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Mittels der erfindungsgemäßen Konfiguration kann eine kostengünstige elektrische Zahnradpumpe 1 bereitgestellt werden, bei welcher interne Leckageverluste zwischen Saug- und Druckseite auf einfache Weise effektiv vermieden bzw. reduziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10035900 A1 [0004]
- DE 29703656 U1 [0006]
