DE19620700B4

DE19620700B4 - Innenachsige Zahnradpumpe, vorzugsweise für die Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19620700B4
Application number: DE1996120700
Authority: DE
Inventors: Friedbert Rockstroh
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: DE19620700A1

Abstract

Innenachsige Zahnradpumpe, vorzugsweise für die Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren mit getrennten Fördereinheiten und folgendem Aufbau:
– in einem Gehäuse (1) mit Saug- und Druckraum sind zwei durch eine schubbewegliche Zwischenwand (6) getrennte Fördereinheiten mit Zahnradsätzen (3, 4) und deren drehbar gelagerten innenverzahnten Außenringen (32; 42) angeordnet,
– auf einer exzentrisch zu den Außenringen (32; 42) im Gehäuse (1) gelagerten Antriebswelle (2) sind zwei außenverzahnte Zahnräder (31; 41) der Zahnradsätze (3, 4) gelagert, welche jeweils einzeln mit einem der innenverzahnten Außenringe (32; 42) im Eingriff stehen, dabei ist das außenverzahnte Zahnrad (31) der ersten Fördereinheit ständig mit der Antriebswelle (2) gekoppelt,
– in der Antriebswelle (2) ist eine aus einem Schaltschieber (21) und einer Schaltkugel (22) gebildete Kopplungseinrichtung (20) angeordnet und im antreibenden Zahnrad (41) der zweiten Fördereinheit eine Eingriffsmulde (412) angeordnet, in welche die Schaltkugel (22) mittels des Schaltschiebers (21) zu verlagern und zu halten ist.

Description

Die Erfindung betrifft innenachsige Zahnradpumpen, vorzugsweise für die Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren.
Bekannte gattungsgemäße Zahnradpumpen weisen einen in einem Gehäuse mit Saug- und Druckkanälen gelagerten innenverzahnten Außenring auf. Exzentrisch zum Außenring sitzt auf einer im Gehäuse gelagerten Antriebswelle ein außenverzahntes Zahnrad, welches mit dem innenverzahnten Außenring im Eingriff steht. Derartige Zahnradpumpen werden über ein Überdruckventil bei zu hoher Fördermenge entlastet. Die überschüssige Fördermenge muss im hohen Drehzahlbereich gegen den Solldruck zur Entlastung gefördert werden. Dies ist nachteilig wegen der auftretenden Leistungsverluste.

Vorbekannt sind durch die Schrift JP 60-067793 A auch innenachsige Zahnradpumpen mit mehreren gleichartigen, axial hintereinander angeordneten Fördereinheiten. Diese Fördereinheiten sind mittels einer Welle wahlweise über eine in dieser angeordneten und verstellbaren Kopplungseinrichtung anzutreiben. Je nach gewünschter Fördermenge fördert eine Fördereinheit, wobei alternativ auch weitere Fördereinheiten angetrieben oder stillgesetzt sein können. Bei dieser Bauart sind die Zwischenwände zwischen den einzelnen Fördereinheiten lamellenartig zwischen zwei Gehäuseendteilen und zwischengelagerten äußeren Abstandsringen verspannt angeordnet. Die axiale Dicke der äußeren Abstandsringe ist den Innenzahnringen und deren axialem Laufspiel zwischen den Zwischenwänden angepasst.

Nachteilig ist bei dieser Ausführung, dass die nicht angetriebenen Fördereinheiten sich ggf. unter dem im Förderkreis anliegenden Druck bewegen und es zu Druckverlusten im Förderkreis kommt, sofern keine Rückschlagventile zwischen den Druckseiten der Förderpumpen und dem Förderkreis angeordnet sind.

Vorbekannt sind durch die Schrift DE 43 17 645 A1 außenachsige Zahnradpumpen mit mindestens zwei in gleichen Achsen, nebeneinander angeordneten Zahnradpaaren, deren Fördermenge durch Abschaltung eines oder mehrerer der parallel angeordneten Zahnradpaare regelbar ist.

Hierzu ist eines der Zahnradpaare mit einem treibenden, stetig drehfest mit einer Antriebswelle verbundenen Zahnrad versehen, während ein oder mehrere weitere Zahnradpaare ein alternativ von der Antriebswelle wahlweise angetriebenes oder abgekoppeltes Zahnrad aufweisen.

Vorbeschrieben ist dabei eine Bauweise, bei der jeweils eine verschiebbare Trennwand zwischen den Zahnradpaaren angewandt wird. Hiermit wird erreicht, dass durch das Beaufschlagen der verschiebbaren Trennwand von der Kammer des ständig fördernden Zahnradpaares ein zusätzliches Bremsmoment für das benachbarte abgekoppelte Zahnradpaar wirkt, welches aus dem axialen Einspannen des nicht fördernden Zahnradpaares zwischen der Trennwand und dem Gehäuse durch den von der fördernden Einheit aus wirkenden Förderdruck resultiert.

Nachteilig ist es, dass die Außenkontur der Trennwand mit geringem Spiel und damit auch hoher Formgenauigkeit zur achtförmigen Innenkontur des die Zahnräder umgebenden Gehäuses ausgeführt sein muss. Dies ist nur mit aufwändiger Fertigung und ggf. durch Paarung von Teilen zu erzielen.

Vorbekannt ist es gemäß der Schrift DE 41 34 219 A1 , bei einer außenachsigen Zahnradpumpe mit mehreren Zahnradsätzen eine schaltbare formschlüssige Kopplungseinrichtung mindestens für einen der Zahnradsätze vorzusehen. Ein schiebbarer, aber drehfest in der Antriebswelle gelagerter Kolben weist radial gerichtete Mitnehmer auf, die zum Koppeln des zu treibenden Zahnrades axial in eine Längsnut in diesem Zahnrad einschiebbar ist. Eine axial zwischen Antriebswelle und Kolben wirksame Feder verschiebt den Kolben ständig in Richtung des Eingriffs des radialen Mitnehmers in das treibende Zahnrad.

Durch axiales Beaufschlagen des Kolbens mit dem Förderdruck der Druckseite der Pumpe gegen die Kraft vorgenannter Feder wird der Kolben nach Erreichen einer bestimmten Höhe des Förderdruckes mit seinem Mitnehmer verschoben.

Die Mitnehmer gelangen außer Eingriff mit den Längsnuten im Zahnrad, welches dann nicht mehr angetrieben wird. Zum Feststellen des abgekoppelten Zahnradpaares dient eine Freilaufeinrichtung mit Klemmkörper zwischen der im Gehäuse drehfest angeordneten Achse und dem nur mittelbar getriebenen Zahnrad.

Ein Drehen des abgekoppelten Zahnradpaares durch den ausgangsseitig anliegenden Förderdruck des ständig fördernden Zahnradpaares wird auf diese Weise verhindert.

Durch die kleinen Durchmesser außenachsiger Zahnradpumpen lassen sich formschlüssige Kopplungseinrichtungen im Nabenbereich nur starr ausführen.

Es wird die Aufgabe gelöst, bei gattungsgemäßen innenachsigen Zahnradpumpen mit mehreren Zahnradpaaren mit nur geringen Änderungen der Außendimensionen und Gehäuseausführung leistungssparend die Fördermenge ohne die Anwendung von Rückschlagventilen zwischen den Druckseiten der Förderpumpen und dem Förderkreis zu regeln.

Erfindungsgemäß wird dies durch die im Hauptanspruch genannte Ausführung erreicht. Die beschriebene Konstruktion benötigt nicht nennenswert mehr Bauraum als eine übliche innenachsige Zahnradpumpe mit mehreren Zahnradpaaren.

Durch mechanisches Abschalten und sicheres Stillsetzen des zweiten Zahnradsatzes gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Fördermenge im hohen Drehzahlbereich herabgesetzt und Förderverluste ohne Anwendung von Rückschlagventilen zwischen den Druckseiten der Förderpumpen und dem Förderkreis verhindert.

Die bei der erfindungsgemäßen Bauart angewandete, verschiebbare Trennwand zwischen den Zahnradpaaren ist im Gegensatz zu außenachsigen Zahnradpumpen vorteilhaft einfach zu fertigen, da ihre Außenkontur rotationssymmetrisch ist.

Die Vorteile der weiteren Ausgestaltungen werden im Zusammenhang mit ihrer Beschreibung genannt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand einer Zeichnung erläutert.
Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße innenachsige Zahnradpumpe,
2 eine elastische Verbindung zwischen Eingriffsring und treibendem Zahnrad des zweiten Zahnradsatzes.
Die dargestellte innenachsige Zahnradpumpe für die Schmierölversorgung sitzt vorzugsweise an der Kurbelwelle von Verbrennungsmotoren und wird von dieser angetrieben. Ein ständig angetriebener Zahnradsatz 3 mit innenverzahntem Außenring 32 ist in einem Gehäuse 1 mit Saug- S und Druckräumen D gelagert. Exzentrisch zum innenverzahnter Außenring 32 greift in diesen ein, auf einer im Gehäuse 1 gelagerten Antriebswelle 2 drehfestes außenverzahntes Zahnrad 31 ein.
Ein zweiter abkoppelbarer Zahnradsatz 4 mit innenverzahntem Außenring 42 und außenverzahntem Zahnrad 41 ist parallel gelagert zum ersten Zahnradsatz 3 angeordnet, jedoch von diesem durch eine schubbewegliche Zwischenwand 6 getrennt. Die Antriebswelle 2 weist eine in Eingriff mit dem außenverzahnten Zahnrad 41 bringbare Koppelungseinrichtung 20 auf. Diese in die Antriebswelle eingeordnete Koppelungseinrichtung 20 ist mittels eines Schaltschiebers 21 betätigbar, d. h. ein- und ausschaltbar. Dabei wird eine in der Antriebswelle 2 radial verlagerbar geführte Schaltkugel 22 nach außen in eine Eingriffsmulde 412 des, den zweiten Zahnradsatz 4 antreibenden Zahnrades 41 gedrückt und nimmt diesen mit. Eine solche einfache Ausführung mit einer Eingriffsmulde 412 direkt im Zahnrad 41 ausgeführt, ist nicht dargestellt.
Zur Abfederung der Mitnahme des zweiten Zahnradsatzes 4 unter Last ist die Eingriffsmulde 412 in einem Eingriffsring 410 angeordnet, der begrenzt winkelbeweglich, elastisch federnd im Zahnrad 41 gelagert ist, siehe 1 und 2. Der Eingriffsring 410 ist mit einem nach außen offenen, einen größeren Winkelbereich überdeckenden Ringausschnitt 414 versehen, in den ein am Zahnrad 41 fester Mitnehmer 415 hineinreicht und ein federndes Element 411 eingelegt ist. Dabei liegt das federnde Element 411 einerseits zwischen der radialen Begrenzung des Ringausschnittes 414 und andererseits einer radialen Fläche des Mitnehmers 415 eingespannt. Der in 2 dargestellte Teilquerschnitt ist gegenüber 1 im Maßstab 2 : 1 vergrößert und entspricht einer Schnittlinie, die mittig durch die Kugel 22 verläuft mit Blickrichtung zu den Druckräumen 11 und 12. Die Winkelstellung der geschnittenen Teile 41 bzw. 415 und 410 zueinander zeigen den Beginn des Antriebes bzw. Beschleunigens des Zahnradsatzes 4 nach einer Abschaltung. Unter weiterem Zusammendrücken des federnden Elementes 411 wie in 2 dargestellt, wird der Zahnradsatz 4 nach Beendigung der Beschleunigung mit Motordrehzahl angetrieben.
Die Eingriffsmulde 412 ist über den Kanal D1 und die Ringnut 413 stetig mit Förderdruck beaufschlagt, während der Raum 23 mit dem Schaltschieber 21 und der Schaltkugel 22 in der Antriebswelle 2 bei abzukoppelndem bzw. abgekoppeltem zweiten Zahnradsatz 4 druckentlastet ist. Die Druckentlastung erfolgt über dem Kanal S2 in der Antriebswelle 2 und den Kanal S1 im Deckel 10 des Gehäuses 1 zum Saugraum S hin. Durch diesen Druckunterschied wird die Schaltkugel 22 hydraulisch außer Eingriff gehalten, sofern nicht der Schaltschieber 21 sie mit seinem Schaltprofil 211 radial nach außen drängt und hält. Zwischen innenverzahntem Außenring 42 und Gehäuse 1 ist eine Freilaufeinrichtung 5 angeordnet, die bei nicht angetriebenem zweiten Zahnradsatz 4 den Außenring 42 gegen das Gehäuse 1 drehfest abstützt. Dies ist notwendig, um ein Abfördern von der Druckseite D zur Saugseite S hin durch den vom Öldruck in Gegenrichtung angetriebenen Zahnradsatz 4 zu vermeiden. Der Schaltschieber 21 weist einen Druckkolben 212 auf, der die Druckräume 11 und 12 trennt.
Bei über den Kanal K11 beaufschlagtem Druckraum 11 wird die Schaltkugel 22 vom Schaltschieber 21 über dessen Schaltprofil 211 radial verlagert und damit der zweite Zahnradsatz 4 angekoppelt. Bei über den Kanal K12 beaufschlagtem Druckraum 12 wird die Schaltkugel 22 vom Öldruck radial nach innen verlagert und damit der zweite Zahnradsatz 4 abgekoppelt.
Vorteilhaft ist die Freilaufeinrichtung 5 im Gehäuse 1 auf der Seite des Saugraumes S angeordnet. Die auf der gegenüberliegenden Seite wirkenden, aus dem Öldruck resultierenden Kräfte am Außenzahnring 41 sichern eine definierte Andruckkraft für die Freilaufeinrichtung 5.

1: Gehäuse
10: Deckel
11: Druckraum
12: Druckraum
2: Antriebswelle
20: Kopplungseinrichtung
21: Schaltschieber
211: Schaltprofil
212: Druckkolben
22: Schaltkugel
23: Raum in 2
3: ständig angetriebener Zahnradsatz
31: treibendes Zahnrad
32: angetriebener innenverzahnter Außenring
4: abkoppelbarer Zahnradsatz
41: treibendes Zahnrad
410: Eingriffring
411: federndes Element
412: Eingriffmulde
413: Ringnut
414: Ringausschnitt
415: Mitnehmer fest an 41
42: angetriebener innenverzahnter Außenring 32
5: Freilaufeinrichtung
6: Zwischenwand, schubbeweglich
K11: Kanal zum Raum 11
K12: Kanal zum Raum 12
S: Saugseite
S1; S2: Kanäle verbunden mit S
D: Druckseite
D1: Kanal verbunden mit D
Rn: Antriebsrichtung von 2

Claims

Innenachsige Zahnradpumpe, vorzugsweise für die Schmierölversorgung von Verbrennungsmotoren mit getrennten Fördereinheiten und folgendem Aufbau: – in einem Gehäuse (1) mit Saug- und Druckraum sind zwei durch eine schubbewegliche Zwischenwand (6) getrennte Fördereinheiten mit Zahnradsätzen (3, 4) und deren drehbar gelagerten innenverzahnten Außenringen (32; 42) angeordnet, – auf einer exzentrisch zu den Außenringen (32; 42) im Gehäuse (1) gelagerten Antriebswelle (2) sind zwei außenverzahnte Zahnräder (31; 41) der Zahnradsätze (3, 4) gelagert, welche jeweils einzeln mit einem der innenverzahnten Außenringe (32; 42) im Eingriff stehen, dabei ist das außenverzahnte Zahnrad (31) der ersten Fördereinheit ständig mit der Antriebswelle (2) gekoppelt, – in der Antriebswelle (2) ist eine aus einem Schaltschieber (21) und einer Schaltkugel (22) gebildete Kopplungseinrichtung (20) angeordnet und im antreibenden Zahnrad (41) der zweiten Fördereinheit eine Eingriffsmulde (412) angeordnet, in welche die Schaltkugel (22) mittels des Schaltschiebers (21) zu verlagern und zu halten ist.
Innenachsige Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsmulde (412) in einem Eingriffsring (410) angeordnet ist, der winkelbeweglich, elastisch federnd im treibenden Zahnrad (41) gelagert ist.
Innenachsige Zahnradpumpe nach Anspruch 1 und / oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffsmulde (412) stetig mit Druck beaufschlagt ist, jedoch der Raum (23) mit Schaltschieber (21) und Schaltkugel (22) in der Antriebswelle (2) bei abzukoppelndem bzw. abgekoppeltem zweiten Zahnradsatz (4) druckentlastet ist.
Innenachsige Zahnradpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen innenverzahntem Außenring (42) und Gehäuse (1) eine Freilaufeinrichtung (5) angeordnet ist, die bei nicht angetriebenem zweiten Zahnradsatz (4) den Außenring (42) gegen das Gehäuse (1) drehfest abstützt.
Innenachsige Zahnradpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufeinrichtung (5) im Gehäuse (1) auf der Seite des Saugraumes (S) angeordnet ist.