Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zahnradförderpumpe nach der
Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Zahnradförderpumpe ist durch die DE 196 38 332
A1 bekannt. Diese Zahnradförderpumpe weist ein Gehäuse auf,
in dem zwischen einem Gehäuseteil und einem Deckelteil eine
Pumpkammer gebildet ist. In der Pumpkammer ist ein rotierend
angetriebenes Paar von an ihrem Außenumfang miteinander
kämmender Zahnräder angeordnet. Die Zahnräder fördern ein
Fördermedium aus einem mit einem Vorratstank verbundenen
Ansaugraum entlang zwischen dem Umfang der Zahnräder und
Umfangswänden der Pumpkammer gebildeten Förderkanälen in
einen Druckraum. Die Pumpkammer wird durch das Deckelteil
begrenzt, das den Stirnseiten der Zahnräder gegenüber liegt
und das möglichst dicht an den Stirnseiten der Zahnräder
anliegen soll, um eine sichere Abdichtung der Förderkanäle
und damit einen guten Wirkungsgrad der Zahnradförderpumpe zu
erreichen. Andererseits ist jedoch ein Spiel in Richtung der
Drehachsen der Zahnräder zwischen deren Stirnseiten und dem
Deckelteil erforderlich, um sicherzustellen, dass die
Zahnräder mit geringer Reibung rotierend angetrieben werden
können. Es muss dabei bereits beim Zusammenbau der
Zahnradförderpumpe das erforderliche Spiel sichergestellt
sein, das sich darüberhinaus auch während des Betriebs der
Zahnradförderpumpe infolge der Erwärmung ändert,
insbesondere, wenn die Zahnräder einerseits und das
Gehäuseteil und das Deckelteil andererseits aus
unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zahnradförderpumpe mit den Merkmalen
gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch das
Abdeckelement eine sichere Abdichtung der Förderkanäle
erreicht wird und ein erforderliches Spiel in Richtung der
Drehachsen der Zahnräder sich gegen die Vorspannung des
Abdeckelements einstellen kann.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Zahnradförderpumpe angegeben. Durch die Ausbildung gemäß
Anspruch 3 wird die Vorspannung des Abdeckelements auf
einfache Weise erzeugt. Durch die Ausbildung gemäß Anspruch
9 kann bei der Bewegung des Abdeckelements in die Vertiefung
aus dieser Fördermedium und/oder Luft verdrängt werden.
Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Zahnradförderpumpe
in einer Ansicht gemäß Pfeil I in Figur 2, Figur 2 die
Zahnradförderpumpe in einem Querschnitt entlang Linie II-II
in Figur 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 2a
ein Abdeckelement gemäß einer ersten Ausführung, Figur 2b
das Abdeckelement gemäß einer zweiten Ausführung, Figur 3
die Zahnradförderpumpe im Querschnitt gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel, Figur 4 die Zahnradförderpumpe im
Querschnitt gemäß einem gegenüber dem dritten
Ausführungsbeispiel modifizierten Ausführung und Figur 5 die
Zahnradförderpumpe im Querschnitt gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Eine in den Figuren 1 bis 5 dargestellte Zahnradförderpumpe
ist in einer nicht dargestellten Förderleitung von einem
Vorratstank zu einer Kraftstoffhochdruckpumpe oder einer
Kraftstoffeinspritzpumpe einer Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Brennkraftmaschine ist eine
selbstzündende Brennkraftmaschine und der Kraftstoff, der
durch die Zahnradförderpumpe gefördert wird, ist
Dieselkraftstoff. Die Zahnradförderpumpe weist ein
mehrteiliges Gehäuse auf, das aus einem Gehäuseteil 10 und
einem Deckelteil 12 besteht. Zwischen dem Gehäuseteil 10 und
dem Deckelteil 12 ist eine Pumpkammer 14 gebildet, in der
ein Paar an ihrem Außenumfang miteinander kämmender
Zahnräder 16,18 angeordnet ist. Das Gehäuseteil 10 weist zur
Bildung der Pumpkammer 14 zwei Vertiefungen 20,22 auf, von
deren Grund jeweils ein Lagerzapfen 24,26 absteht. Die
Lagerzapfen 24,26 sind einstückig mit dem Gehäuseteil 10
ausgebildet und verlaufen zumindest annähernd parallel
zueinander. Die Lagerzapfen 24,26 können zur
Gewichtsreduzierung des Gehäuseteils 10 zumindest teilweise
hohl ausgebildet sein. Das Zahnrad 16 weist eine Bohrung 17
auf, über die es auf dem Lagerzapfen 24 drehbar gelagert
ist. Das Zahnrad 18 weist eine Bohrung 19 auf, über die es
auf dem Lagerzapfen 26 drehbar gelagert ist. Das Deckelteil
12 ist mit dem Gehäuseteil 10 fest verbunden, beispielsweise
mittels mehrerer Schrauben 28. Das Gehäuseteil 10 und das
Deckelteil 12 bestehen vorzugsweise aus Leichtmetall,
insbesondere Aluminium. Die Zahnräder 16,18 bestehen
vorzugsweise aus Stahl, insbesondere aus Sinterstahl.
Die Zahnradförderpumpe weist eine Antriebswelle 30 auf, die
im Gehäuseteil 10 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 30
ist zumindest annähernd koaxial zum Lagerzapfen 24
angeordnet, wobei das Gehäuseteil 10 eine Bohrung 32
aufweist, die sich im Lagerzapfen 24 fortsetzt und durch die
das Ende der Antriebswelle 30 hindurchtritt. Zwischen der
Bohrung 32 und der Antriebswelle 30 ist ein Wellendichtring
34 eingebaut, um das Gehäuseteil 10 abzudichten. Die
Antriebswelle 30 ist mit dem Zahnrad 16 gekoppelt,
beispielsweise über ein zwischen dem Stirnende des
Lagerzapfens 24 und dem Deckelteil 12 angeordnetes
Koppelglied 36. Das Zahnrad 16 wird beim Betrieb der
Zahnradförderpumpe über die Antriebswelle 30 rotierend
angetrieben und überträgt diese Drehbewegung über eine
Stirnverzahnung auf das ebenfalls mit einer Stirnverzahnung
versehene, mit dem Zahnrad 16 an seinem Außenumfang kämmende
Zahnrad 18. Die Zahnräder 16,18 teilen dabei die Pumpkammer
14 durch ihren Zahneingriff in zwei Teilbereiche, von denen
ein erster Teilbereich einen Ansaugraum 40 und ein zweiter
Teilbereich einen Druckraum 42 bilden. Der Ansaugraum 40 ist
dabei über je einen zwischen den Zahnnuten an den
Umfangsflächen der Zahnräder 16,18 und der oberen und
unteren Umfangswand der Pumpkammer 14 gebildeten Förderkanal
44 mit dem Druckraum 42 verbunden. Der Ansaugraum 40 und der
Druckraum 42 weisen jeweils eine Anschlussöffnung in der
Wand des Gehäuseteils 10 oder des Deckelteils 12 auf, über
die der Ansaugraum 40 mit einer nicht dargestellten
Ansaugleitung vom Vorratstank und der Druckraum 42 über eine
ebenfalls nicht dargestellte Förderleitung mit dem Saugraum
des Kraftstoffhochdruckpumpe oder der
Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden ist. Die Anschlussöffnung
in den Ansaugraum 40 bildet eine Einlassöffnung 46 und die
Anschlussöffnung in den Druckraum 42 bildet eine
Auslassöffnung 48.
In Figur 2 ist die Zahnradförderpumpe gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Deckelteil 12 weist in
seiner dem Gehäuseteil 10 zugewandten Innenseite eine
Vertiefung 50 auf, die zumindest in einem Bereich
ausgebildet ist, in dem die Stirnseiten der Zahnräder 16,18
dem Deckelteil 12 gegenüberliegen. Der Querschnitt der
Vertiefung 50 ist wenigstens so gross wie der Querschnitt
der Stirnseiten der Zahnräder 16,18. Zwischen dem
Gehäuseteil 10 und dem Deckelteil 12 ist ein plattenförmiges
Abdeckelement 52 festgelegt, das an der die Pumpkammer 14
umgebenden Stirnseite des Gehäuseteils 10 und an den
Stirnseiten der Zahnräder 16,18 anliegt. Das Abdeckelement
52 ist in einem ausserhalb der Stirnseiten der Zahnräder
16,18 liegenden Randbereich zwischen den Stirnseiten des
Gehäuseteils 10 und des Deckelteils 12 eingespannt und im
Bereich der Vertiefung 50 liegt das Abdeckelement 52 unter
Vorspannung an den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 an und
ist mit Abstand zu der Vertiefung 50 angeordnet. Das
Abdeckelement 52 ist somit gegenüber den Zahnrädern 16,18
feststehend angeordnet. Zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem
Abdeckelement 52 ist ein elastisches Dichtelement in Form
eines Dichtrings 51 angeordnet.
Das Abdeckelement 52 kann zu den Stirnseiten der Zahnräder
16,18 hin eine Wölbung aufweisen, die in der
Schnittdarstellung der Zahnradförderpumpe gemäß Figur 2
jedoch nicht erkennbar ist. In den Figuren 2a und 2b ist
daher das Abdeckelement 52 zusätzlich in nicht eingebautem
Zustand dargestellt, um dessen Wölbung anschaulich zu
machen, die hierzu stark überhöht dargestellt ist. Das
Abdeckelement 52 weist gemäß einer in Figur 2a dargestellten
Ausführung eine konvexe Wölbung auf. Bei einer in Figur 2b
dargestellten Ausführung weist das Abdeckelement 52 zur
Erzielung der Wölbung einen zu den Stirnseiten der Zahnräder
16,18 hin abgesetzten Bereich auf. Das Abdeckelement 52 ist
zumindest in seinem an den Stirnseiten der Zahnräder 16,18
anliegenden Bereich federnd verformbar ausgebildet und
dessen Vorspannung ist durch die Wölbung und die Einspannung
des Abdeckelements 52 zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem
Deckelteil 12 erzeugt. Das Abdeckelement 52 kann
beispielsweise aus Metall, insbesondere Stahl, oder
Kunststoff bestehen, wobei die Dicke des Abdeckelements 52
entsprechend gewählt ist, um die erforderliche Elastizität
des Abdeckelements 52 in seinem an den Stirnseiten der
Zahnräder 16,18 anliegenden Bereich zu erreichen. Das
Abdeckelement 52 weist wenigstens eine Öffnung 54 auf, durch
die die Vertiefung 52, die durch das Abdeckelement 52
verschlossen wird, mit dem Ansaugraum 40 verbunden ist.
Zwischen der Stirnseite des Gehäuseteils 10 und dem
Abdeckelement 52 ist ein Dichtring 56 eingespannt. Durch das
Abdeckelement 52 werden die Förderkanäle 44 in Richtung der
Drehachsen der Zahnräder 16,18 abgedichtet, so dass aus
diesen kein Kraftstoff als Leckmenge abströmen kann. Durch
die federnde Ausbildung des Abdeckelements 52 kann sich ein
erforderliches Axialspiel der Zahnräder 16,18 zum Deckelteil
12 hin einstellen, indem das Abdeckelement 52 in die
Vertiefung 50 ausweicht. Durch die Verbindung der Vertiefung
50 über die Öffnung 54 mit dem Ansaugraum 40 kann beim
Einfedern des Abdeckelements 52 in die Vertiefung 50
verdrängte Luft oder Kraftstoff in den Ansaugraum 40
entweichen. Während des Betriebs der Zahnradförderpumpe
erwärmen sich die Zahnräder 16,18 sowie das Gehäuseteil 10
und das Deckelteil 12, wobei diese sich aufgrund der
unterschiedlichen Werkstoffe, aus denen diese Teile
bestehen, unterschiedlich stark ausdehnen. Diese
unterschiedlichen Wärmedehnungen der Teile der
Zahnradförderpumpe werden durch das Abdeckelement 52
ebenfalls ausgeglichen, so dass sich eine sichere Abdichtung
der Förderkanäle 44 ergibt und ein Klemmen der Zahnräder
16,18 aufgrund zu geringen Axialspiels vermieden wird.
Während des Betriebs der Zahnradförderpumpe wird ausserdem
durch den Druckaufbau in den Förderkanälen 44 eine Kraft in
axialer Richtung auf das Abdeckelement 52 erzeugt, durch die
dieses in die Vertiefung 52 gedrückt und ein Axialspiel der
Zahnräder 16,18 erzeugt wird. Beim Beginn des Betriebs der
Zahnradförderpumpe liegt das Abdeckelement 52 unter
Vorspannung an den Stirnseiten der Zahnräder 16,18 an, so
dass insbesondere in diesem Betriebszustand der
Zahnradförderpumpe geringe Leckverluste ergeben.
In Figur 3 ist die Zahnradförderpumpe gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der grundsätzliche
Aufbau gleich ist wie beim ersten Ausführungsbeispiel,
jedoch das Deckelteil 112 und das Abdeckelement 152
modifiziert sind. Das Deckelteil 112 weist auf seiner den
Stirnseiten der Zahnräder 16,18 zugewandten Innenseite die
Vertiefung 150 auf, die im Querschnitt etwas grösser ist als
die Querschnittsflächen der Stirnseiten der Zahnräder 16,18.
Das Abdeckelement 152 ist wiederum plattenförmig ausgebildet
und in seinem ausserhalb der Stirnseiten der Zahnräder 16,18
liegenden Randbereich zwischen dem Gehäuseteil 10 und dem
Deckelteil 112 festgelegt. Das Abdeckelement 152 ist
wiederum gegenüber den Zahnrädern 16,18 feststehend
angeordnet. Das Abdeckelement 152 stützt sich am Deckelteil
112, insbesondere am Grund von dessen Vertiefung 150, über
ein elastisches Dichtelement 60 ab. Das Dichtelement 60 ist
als Dichtring ausgebildet, der über den äusseren Rand des
Abdeckelements 152 verläuft und an dem dieses in Richtung
der Drehachsen der Zahnräder 16,18 anliegt. Das
Abdeckelement 152 kann federnd verformbar oder relativ starr
ausgebildet sein und aus Metall oder Kunststoff bestehen.
Das Abdeckelement 152 kann den Stirnseiten der Zahnräder
16,18 zugewandt eine konvexe Wölbung aufweisen oder
zumindest annähernd eben ausgebildet sein. Ein
erforderliches Axialspiel der Zahnräder 16,18 kann sich
durch eine axiale Bewegung des Abdeckelements 152
einstellen, indem der Dichtring 60 zusammengedrückt wird.
Wenn die Zahnradförderpumpe nicht in Betrieb ist, so liegt
das Abdeckelement 152 unter Vorspannung, die durch den
Dichtring 60 erzeugt wird, an den Stirnseiten der Zahnräder
16,18 an. Die Funktion des Abdeckelements 152 zur
Ermöglichung eines erforderlichen Axialspiels ist gleich wie
beim ersten Ausführungsbeispiel, indem dieses in die
Vertiefung 150 ausweichen kann. Das Abdeckelement 152 weist
die Öffnung 54 zur Verbindung der Vertiefung 150 mit dem
Ansaugraum 40 auf.
In Figur 4 ist die Zahnradförderpumpe gemäß einer gegenüber
dem zweiten Ausführungsbeispiel nur geringfügig
modifizierten Ausführung dargestellt, bei der der Aufbau
nahezu identisch wie beim zweiten Ausführungsbeispiel ist.
Abweichend zum zweiten Ausführungsbeispiel stützt sich das
Abstützelement 152 bei der modifizierten Ausführung gemäß
Figur 4 auch am Gehäuseteil 10 über ein elastisches
Dichtelement 62 ab, das insbesondere in Form eines
Dichtrings ausgebildet ist, der wie der Dichtring 60 am
Deckelteil 112 über den äusseren Rand des Abdeckelements 152
verläuft. Die Funktion des Abdeckelements 152 ist gleich wie
vorstehend beim zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In Figur 5 ist die Zahnradförderpumpe gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau
der Zahnradförderpumpe ist dabei wiederum gleich wie bei den
vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen. Das Deckelteil
212 der Zahnradförderpumpe ist mit dem Gehäuseteil 10
verbunden und weist eine Vertiefung 250 auf, die in ihrer
Querschnittsform zumindest annähernd gleich wie die
Querschnittsform der Pumpkammer 14 ausgebildet ist und
zumindest annähernd deckungsgleich zur Pumpkammer 14
angeordnet ist. In der Vertiefung 250 ist ein Abdeckelement
252 angeordnet, dessen Querschnittsform zumindest annähernd
gleich der der Vertiefung 250 ist. Das Abdeckelement 252 ist
in der Vertiefung 250 unverdrehbar und damit gegenüber den
Zahnrädern 16,18 feststehend angeordnet. Zwischen dem Boden
der Vertiefung 250 und dem Abdeckelement 252 ist wenigstens
ein federndes Anpresselement 64 angeordnet, das das
Abdeckelement 252 unter Vorspannung gegen die Stirnseiten
der Zahnräder 16,18 drückt. Das Abdeckelement 252 kann starr
ausgebildet sein und braucht nicht federnd verformbar sein
und kann aus Metall oder Kunststoff bestehen. Das federnde
Anpresselement 64 kann beispielsweise als Wellfeder
ausgebildet sein, die aus Stahl bestehen kann und die sich
zumindest annähernd über die gesamte Fläche des
Abdeckelements 252 erstreckt, so dass sich eine
gleichmässige Anpresskraft des Abdeckelements 252 an den
Stirnseiten der Zahnräder 16,18 ergibt. Das Abdeckelement
252 weist die Öffnung 54 zur Verbindung der Vertiefung 250
mit dem Ansaugraum 40 auf. Wenn die Zahnradförderpumpe nicht
in Betrieb ist, so liegt das Abdeckelement 252 durch das
federnde Anpresselement 64 bewirkt unter Vorspannung an den
Stirnseiten der Zahnräder 16,18 an. Während des Betriebs der
Zahnradförderpumpe kann sich ein erforderliches Axialspiel
der Zahnräder 16,18 einstellen, indem das Abdeckelement 252
gegen die Vorspannung des federnden Anpresselements 64 in
die Vertiefung 250 ausweicht.