DE4134219A1 - Zahnradpumpe mit veraenderbarem foerdervolumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bevorzugter Einsatzfall der Erfindung ist eine Ölpumpe im Rahmen der Schmierölversorgung einer Brennkraftmaschine, wie sie in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird; die Anwendung der Er­ findung ist jedoch nicht auf diesen Einsatzfall beschränkt.

Wie bekannt, gibt es viele Einsatzfälle, in denen das jeweilige Fördervolumen der Pumpe an vorliegende Gegebenheiten angepaßt werden muß. Betrachtet man den Einsatz als Ölpumpe der Brennkraft­ maschine eines Kraftfahrzeugs, so wird das Fördervolumen für den ungünstigsten Fall, nämlich den Heißleerlauf, ausgelegt. Diese Auslegung trägt der Tatsache Rechnung, daß bei hoher Öltemperatur und entsprechend geringer Ölviskosität und niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine, also hohen Leckverlusten, die Ölversorgung auch des entferntesten Lagers gesichert sein muß. Dies bedeutet jedoch, daß für alle anderen Betriebszustände der Brennkraftmaschine durch die Pumpe zuviel Öl gefördert wird, was einen erheblichen Druckan­ stieg, Erhöhung des Energiebedarfs der Pumpe und - sofern keine Überdruckventile eingesetzt werden - die Gefahr der Beschädigung von Dichtungen zur Folge hat.

Aus diesem Grunde sind - außer druckabhängig betätigten Ventilan­ ordnungen - auch bereits Zahnradpumpen bekannt geworden, deren Fördervolumen veränderbar ist. Sie arbeiten in der Regel nach dem aus der DE-OS 30 28 573 bzw. der EP 02 61 682 A2 bekannten Prinzip der Relativverschiebung der beiden miteinander kämmenden fördernden Zahnräder, so daß in Abhängigkeit von der relativen axialen Lage der beiden Zahnrädern unterschiedliche Förderbereiche eingestellt werden. Diese bekannten Konstruktionen bieten zwar den Vorteil einer kontinuierlichen Verstellbarkeit der Fördermenge, jedoch müssen auch bei kleinen eingestellten Fördermengen die relativ breiten Zahnräder in ihrer Gesamtheit angetrieben werden, wodurch der Wirkungsgrad der Pumpen sehr niedrig wird.

Diesbezüglich günstiger verhält sich die Zahnradpumpe nach der gattungsbildenden US-PS 17 96 814. Bei dieser Pumpe wird die Breite der fördernden kämmenden Bereiche von Zahnrädern nicht durch axiale Relativverschiebung zwischen diesen verändert, sondern durch Ver­ wendung mehrerer axial aufeinanderfolgender, relativ schmaler Zahn­ radpaare, von denen jeweils ein auf einer Antriebswelle sitzendes Zahnrad bedarfsweise mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt oder diese Kopplung aufgehoben wird. Demgemäß sind nur diejenigen Zahn­ räder anzutreiben, die jeweils für das vorgegebene Fördervolumen gebraucht werden. Im einzelnen ist die Anordnung so aufgebaut, daß sie also den wesentlichen Bestandteil der drehfesten Verbindung bildende Stange rein mechanisch über einen Hebel axial verschoben wird und dabei in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Axialstellung einem dauernd angetriebenen Zahnradpaar weitere Zahnradpaare zu­ schaltet. Den jeweils nicht arbeitenden Zahnradpaaren ist eine Arretierung zugeordnet, die einen mittels eines Schwenkhebels in Eingriff mit jeweils einem der Zahnräder bringbaren Zahnkranz ent­ hält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe dieses Konstruktionsprinzips so auszubilden, daß sie eine selbsttätige Regelung ihres Fördervolumens, d. h. der Zu- bzw. Abschaltung von Zahnradpaaren, auf konstanten Ausgangsdruck vornimmt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die definier­ te Aufgabe mit sehr geringem Aufwand löst. Praktisch werden die ohnehin vorhandenen Teile zur Beeinflussung des Fördervolumens, insbesondere die Stange, durch Ergänzung um einen Druckraum und eine Feder zu einem "federhydraulischen" Vergleichsglied ergänzt, das durch Vergleich einer aus dem Ausgangsdruck der Pumpe gewonne­ nen Druckkraft mit der vorgegebenen Kraft der Feder feststellt, ob der Ausgangsdruck innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt; liegt er oberhalb dieses Bereichs, erfolgt eine Verschiebung der Stange im Sinne einer Verringerung der Zahl der arbeitenden Zahnradpaare, liegt der Druck unterhalb dieses Bereichs, überwiegt die Federkraft und drückt die Stange entgegen dem hydraulischen Druck in eine Stellung, in der eine größere Anzahl von Zahnradpaaren drehfest mit der angetriebenen Welle verbunden sind.

Betrachtet man erneut den Fall einer Ölpumpe einer Brennkraftma­ schine, so wird durch die erfindungsgemäße Regelung nicht nur ein energieverzehrender Umlauf von überschüssigen Ölmengen verhindert, sondern es werden auch Temperaturerhöhungen des Öls vermieden, wie sie insbesondere bei bekannten Überdruckventilen auftreten und die zusätzliche Ölkühler erfordern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 einen Längsschnitt und deren Fig. 2 den in Fig. 1 bei II-II angedeuteten Querschnitt durch eine Ölpumpe wiedergeben.

In dem aus dem topfartigen Teil 1 und dem Deckel 2 zusammengesetz­ ten Pumpengehäuse erkennt man drei kämmende Zahnradpaare 3, 4 und 5, 6 sowie 7, 8, von denen das erste Zahnrad 3 des ersten Zahnrad­ paares 3, 4 einstückig mit der als Antriebswelle bezeichneten Welle 9 gefertigt ist, die in Drehverbindung mit einem nicht dar­ gestellten Antrieb, hier einer Brennkraftmaschine, steht. Ver­ ständlicherweise ist diese Einstückigkeit für die Erfindung nicht erforderlich; es ist aber zweckmäßig, eine dauernde drehfeste Ver­ bindung zwischen der Antriebswelle 9 und dem ersten Zahnrad 3 des ersten Zahnradpaares 3, 4 vorzusehen.

Das zweite Zahnrad 4 dieses Paares sitzt ebenso wie die zweiten Zahnräder 6 und 8 der beiden weiteren Zahnradpaare dauernd drehbar auf der zweiten Welle 10, die in diesem Ausführungsbeispiel dreh­ fest in den Gehäuseteilen 1 und 2 gelagert ist. Diese Drehbarkeit ist jedoch, wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, nur auf den durch den Pfeil gekennzeichneten Drehsinn durch Freiläufe 11 und 12 begrenzt, die in im Prinzip bekannter Art eine Rolle 13 enthalten, die sich unter der Wirkung der Feder 14 und des Konus 15 in eine Klemmstellung zu bewegen suchen.

Den beiden ersten Zahnrädern 5 und 7, die auch als kuppelbare Zahn­ räder bezeichnet werden, der beiden Zahnradpaare 5, 6 und 7, 8 sind aufhebbare formschlüssige Drehverbindungen mit der Antriebswelle 9 zugeordnet, die als wesentliche Bestandteile den - die Stange beim Stand der Technik ersetzenden - Kreuzkolben 16 in einer axialen Ausnehmung der Antriebswelle 8 sowie innere Zähne 17 und 18 an den kuppelbaren Zahnrädern 5 und 7 enthalten, die ebenfalls stegartigen Mitnehmern 19 am Kolben 16 zugeordnet sind. Bei Verschiebebewegun­ gen des Kolbens 16 in Fig. 1 nach oben können seine Mitnehmer 19 sich zwischen die stegartigen Innenzähne 17 oder auch 18 schieben und dabei die drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle 9 einerseits und dem Zahnrad 5 bzw. auch dem Zahnrad 7 andererseits herstellen. Dieses Eindringen wird dadurch erleichtert, daß sowohl die stegartigen Mitnehmer 19 bei 19′ als auch die Zähne 17 und 18 bei 17′ bzw. 18′ in einer Richtung angeschrägte Stirnflächen be­ sitzen.

Mit seinem in Fig. 1 oberen Ende begrenzt der Kolben 16 den Druck­ raum 20, der über den umlaufenden Kanal 21 und die Nut 22 in Strö­ mungsverbindung mit der Druckseite 23 (Fig. 2) der Pumpe steht. Je nach dem Druck des Druckmittels auf der Druckseite 23 übt dieses auf den Kolben 16 also eine ihn in Fig. 1 nach unten und damit außer Eingriff mit den kuppelbaren Zahnrädern 5 und 7 zu bringen suchende Kraft aus. Dieser Kraft wirkt die Kraft der Druckfeder 24 entgegen, die sich mit ihrem in Fig. 1 unteren Ende am Grund der Längsausnehmung in der Antriebswelle 9 und mit ihrem in Fig. 1 oberen Ende von innen her an der Stirnwand des Kolbens 16 abstützt.

Zur Führung und Lagerung des in Fig. 1 oberen Endes des Kolbens 16 dient die geschlitzte Hülse 25, die mit Schlitzen 26 zum Durchtritt der Mitnehmer 19 der Antriebswelle 9 sowie mit längeren Schlitzen 27 versehen ist, die dazu dienen, auch bei größter Annäherung des Kolbens 16, also gleichsam bei OT-Stellung desselben, noch einen Strömungsquerschnitt zwischen der Nut 22 und dem Druckraum 20 sicherzustellen. Die axiale Stellung dieser drehbar gelagerten Hülse 25 wird durch Anschläge im Deckel 2 und im Zahnrad 3 ge­ sichert.

Den verschiedenen, zur Einschaltung bzw. Abschaltung von Zahnrad­ paaren dienenden Axialstellung des Kolbens 16 ist die Rastvorrich­ tung 28 zugeordnet, die - außer der federbelasteten Kugel 29 - mehrere Nuten 30, 31 und 32 am äußeren Umfang des Kolbens 16 ent­ hält. Damit die verschiedenen Nuten 30, 31 und 32 ungeachtet unter­ schiedlicher Breiten der Zahnräder der verschiedenen Paare gleiche Abstände besitzen, ist die mittlere Nut 31 in Achsrichtung etwas länger ausgeführt.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Zahnradpumpe ge­ schaffen, die mit einfachen, zuverlässigen Mitteln eine Regelung ihres Ausgangsdrucks durch Veränderung der Zahl ihrer Paare mitein­ ander kämmenden, fördernden Zahnräder sicherstellt.

Claims (7)

1. Zahnradpumpe mit veränderbarem Fördervolumen, enthaltend mehrere Paare miteinander kämmender, auf jeweils einer von zwei Wellen angeordneter Zahnräder, von denen eine erste Welle mit einem Antrieb in Verbindung steht und über aufhebbare form­ schlüssige Drehverbindungen kuppelbare erste Zahnräder zumin­ dest einzelner der Zahnradpaare trägt, während die zweiten Zahnräder aller Paare auf der zweiten Welle, angetrieben von den ersten Zahnrädern, dauernd drehbar sind, sowie zur Bildung der Drehverbindungen eine in einer Längsausnehmung der ersten Welle verschiebbare, mit dieser drehfeste sowie einenends mit Mitnehmern zum Eingriff in Längsnuten der kuppelbaren Zahnräder versehene Stange, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (16) kolbenartig im Bereich ihres einen Endes einen mit der Druck­ seite (23) der Pumpe in Strömungsverbindung stehenden Druckraum (20) begrenzt und in entgegengesetzter Richtung von einer im Hinblick auf einen Sollwert des Drucks auf der Druckseite (23) ausgelegten Feder (24) kraftbeaufschlagt ist.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in Längs­ richtung der Stange (16) entsprechend Lagen derselben bei Vor­ liegen der formschlüssigen Drehverbindungen mit verschiedenen Zahnradpaaren (5, 6; 7, 8) aufeinanderfolgende Rastvorrich­ tungen (28).

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvorrichtungen (28) in Längsrichtung derart dimensionierte Nuten (30, 31, 32) enthalten, daß die Abstände zwischen den Rastvorrichtungen ungeachtet unterschiedlicher Breiten der Zahnräder (3, 5, 7) gleich groß sind.

4. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Stege (17, 18) zwischen den Längsnuten und/oder die ebenfalls stegartigen Mitnehmer (19) zur Erleichterung der Eingriffsbewegung abgeschrägte freie Stirnflächen (17′, 18′, 19′) besitzen.

5. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit Längsschlitzen (26) zum Durchtritt der Mitnehmer (19) versehene, zumindest teilweise in dem Druckraum (20) ver­ laufende Lagerhülse (25) für die Stange.

6. Zahnradpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhülse (25) Längsschlitze (27) solcher Länge aufweist, daß sie auch bei extremer Annäherung der Stange (16) Strömungsquer­ schnitte definieren.

7. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Zahnradpaaren (5, 6; 7, 8) mit kuppelbaren Zahnrädern (5, 7) ein Rückdrehen verhindernde Freiläufe (11, 12) zugeordnet sind.