WO2012072492A2

WO2012072492A2 - Innenzahnradpumpe

Info

Publication number: WO2012072492A2
Application number: PCT/EP2011/070949
Authority: WO
Inventors: Rene Schepp; Kornelius Loew
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2013-05-30
Also published as: WO2012072492A3; US20130330223A1; CN103429896A; US9039398B2; JP2013543950A; JP5719451B2; KR101859362B1; EP2646689A2; DE102010062219A1; KR20130141564A; CN103429896B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe (1). Zu einer hydrodynamischen Schmierung schlägt die Erfindung Keilspalte (24) zwischen Axialscheiben (16) und einem Hohlrad (2) und einem Ritzel der Innenzahnradpumpe und/oder Bohrungen (25) durch die Axialscheiben (16) vor, die mit einem Saugbereich (8) der Innenzahnradpumpe (1) kommunizieren und bei einem Drehantrieb des Hohlrads (2) und des Ritzels die Ausbildung eines Schmierfilms zwischen den Axialscheiben (16) und dem Hohlrad (2) und dem Ritzel vergleichbar einer hydrodynamischen Schmierung eines Axial-Gleitlagers ausbilden.

Description

Beschreibung Titel

Innenzahnradpumpe

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine Innenzahnradpumpe ist bekannt aus der Patentschrift DE 196 13 833 B4. Sie weist zwei Zahnräder, nämlich ein Hohlrad, welches auch als Innenzahnrad bezeichnet werden kann, und ein Außenzahnrad, welches nachfolgend zur deutlichen Unterscheidung als Ritzel bezeichnet werden wird, auf. Zusammen werden das Hohlrad und das Ritzel auch als Zahnräder bezeichnet werden. Das Ritzel ist exzentrisch im Hohlrad angeordnet, so dass die beiden Zahnräder auf einem Umfangsabschnitt miteinander kämmen. Die beiden Zahnräder begrenzen einen sichelförmigen Pumpenraum zwischen sich, welcher sich in Umfangs- richtung von einem Saugbereich zu einem Druckbereich der Innenzahnradpumpe erstreckt. Der Pumpenraum erstreckt sich außerhalb des Umfangsabschnitts, in dem die beiden Zahnräder miteinander kämmen. Der Pumpenraum einer solchen Innenzahnradpumpe wird teilweise auch als Verdrängungsraum oder einfach als Zwischen- oder Freiraum bezeichnet. Das Hohlrad begrenzt den Pumpenraum nach außen, das Ritzel begrenzt ihn nach innen. Der Saugbereich kann auch als Einlass und der Druckbereich als Auslass der Innenzahnradpumpe aufgefasst werden.

Zur seitlichen Begrenzung des Pumpenraums weist die bekannte Innenzahnradpumpe auf jeder Stirnseite ihrer beiden Zahnräder eine sog. Axialscheibe auf, die mit ihrer den Zahnrädern zuwandten Innenseite an den Stirnseiten der Zahnräder anliegt und die auf ihrer den Zahnrädern abgewandten Außenseite druck- beaufschlagt wird. Die Innenseite und die Außenseite der Axialscheibe sind ihre Stirnseiten (!). Die Axialscheiben sollen zu den Zahnrädern der Innen- zahnradpumpe abdichten und die stehenden Axialscheiben sollen eine geringe Reibung zu den drehenden Zahnrädern aufweisen. Die Axialscheiben dichten nicht hermetisch ab, es tritt Leckage zwischen den Axialscheiben und den Zahnrädern auf. Es gilt einen guten Kompromiss zwischen einer guten Dichtwirkung einerseits und geringer Reibung andererseits jeweils zwischen den Axialscheiben und den Zahnrädern zu finden. Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist mindestens eine Axialscheibe auf einer Stirnseite der Zahnräder, nämlich des Hohlrads und des Ritzels, der Innenzahnradpumpe auf, die auf einer Außen- seite druckbeaufschlagt ist und mit ihrer Innenseite gegen die Stirnseiten der

Zahnräder der Innenzahnradpumpe gedrückt wird. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe zwei Axialscheiben, nämlich auf jeder Stirnseite der Zahnräder eine Axialscheibe, auf, die durch Druckbeaufschlagung auf den Außenseiten mit ihren Innenseiten gegen die Stirnseiten der Zahnräder der Innenzahnradpumpe gedrückt werden. Die Erfindung sieht eine Schmiermittelzufuhr vom Saugbereich der Innenzahnradpumpe zwischen die Axialscheibe/n und die Zahnräder der Innenzahnradpumpe vor. Bei Betrieb der Innenzahnradpumpe fördern die drehenden Zahnräder der Innenzahnradpumpe, also das Hohlrad und das Ritzel, Flüssigkeit vom Saugbereich, also vom Einlass der Innenzahnradpumpe, zwischen die drehenden Zahnräder und die feststehende/n

Axialscheibe/n. Die als Film auf den Stirnseiten der Zahnräder der Innenzahnradpumpe zwischen die Zahnräder und die Axialscheibe/n geförderte Flüssigkeit ist die Flüssigkeit, die von der Innenzahnradpumpe gefördert wird, sie wird als Schmiermittel benutzt. Der Vorgang ist vergleichbar einer Schmierung eins hyd- rodynamischen Axial-Gleitlagers. Die Erfindung verbessert eine Schmierung zwischen der/den feststehenden Axialscheibe/n, die auf Außenseiten druckbeaufschlagt ist/sind und dadurch mit ihren Innenseiten gegen die drehenden Zahnräder der Innenzahnradpumpe gedrückt werden und den drehenden Zahnrädern. Die Reibung zwischen den Zahnrändern und der/den Axialscheibe/n und ein Verschleiß werden verringert, die Lebensdauer erhöht und ein Wirkungsgrad der

Innenzahnradpumpe verbessert. Während des Betriebs der Innenzahnradpumpe vermeidet die Erfindung eine Mischreibung oder gar Trockenreibung zwischen den drehenden Zahnrädern der Innenzahnradpumpe und der/den von außen gegen die Zahnräder gedrückten, stehenden Axialscheiben oder jedenfalls verringert die Erfindung die Gefahr einer solchen Misch- oder Trockenreibung, die Rei- bung und Verschleiß erhöht, sowie Wirkungsgrad und Lebensdauer verringert.

Lediglich bei Stillstand und Anfahren der Innenzahnradpumpe kann es zu Mischoder Trockenreibung zwischen den Zahnrädern und der/den Axialscheibe/n kommen, wobei die Erfindung beim Anfahren der Innenzahnradpumpe einen Schmierfilmaufbau zwischen den Zahnrädern und den Axialscheiben verbessert und beschleunigt.

Die erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe kann sowohl eine sog. Sichelpumpe mit einer Sichel, also einem üblicherweise sichelförmigen Körper im Pumpenraum zwischen dem Hohlrad und dem Ritzel, an dessen Innenseite Zahnköpfe von Zähnen des Ritzels und an dessen Außenseite Zahnköpfe von Zähnen des

Hohlrads entlang gleiten, als auch eine sog. Innenzahnringpumpe ohne eine solche Sichel sein. Die Außenseite/n der Axialscheibe/n kann/können wie aus dem Stand der Technik bekannt mit Flüssigkeit aus dem Druckbereich, d. h. dem Aus- lass der Innenzahnradpumpe beaufschlagt werden, um die Axialscheibe/n gegen die Zahnräder der Innenzahnradpumpe zu drücken.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Schmiermittelkanal in der/den Axialscheibe/n als Schmiermittelzufuhr vor, der mit dem Saugbereich der Innenzahnradpumpe kommuniziert und auf der Innenseite der Axialscheibe/n auf einer Stirnseite des Hohlrads und/oder des Ritzels mündet. Der Schmiermittelkanal kann sich zu beiden Zahnrädern verteilen oder es sind zwei (oder mehr) Schmiermittelkanäle vorgesehen.

Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schmiermittelkanal die Axialscheibe/n von der Außenseite zur Innenseite durchsetzt, beispielsweise bildet eine oder bilden mehrere Bohrungen den oder die Schmiermittelkanäle durch die Axialscheibe/n. Anspruch 4 sieht die Ausbildung einer Art Keilspalt zwischen der/den Axialscheibe/n und einem oder beiden Zahnrädern der Innenzahnradpumpe vor, der sich ausgehend vom Saugbereich in einer Drehrichtung der Zahnräder und damit in einer Förderrichtung der Innenzahnradpumpe verjüngt. Zur Bildung des Keil- spalts weist/weisen die Axialscheibe/n eine Schrägfläche auf, die im Saugbereich der Innenzahnradpumpe einen Abstand von den Zahnrädern der Innenzahnradpumpe aufweist, der sich in der Drehrichtung der Zahnräder und damit in der Förderrichtung der Innenzahnradpumpe verkleinert. Die Schrägfläche kann, muss allerdings nicht eine ebene Fläche sein. In seinem breiten Bereich kommu- niziert der Keilspalt mit dem Saugbereich der Innenzahnradpumpe, so dass die

Zahnräder der Innenzahnradpumpe, wenn sie sich bei Betrieb der Innenzahnpumpe drehen, aufgrund der Schleppwirkung Flüssigkeit aus dem Saugbereich in den enger werdenden Keilspalt und damit zwischen die Stirnflächen der drehenden Zahnräder und die Innenseiten der Axialscheibe/n fördern. Der Keilspalt zwischen der Schrägfläche der Axialscheibe/n und den Zahnrädern der Innenzahnradpumpe bildet eine Schmiermittelzufuhr und kann allein oder zusammen mit einem oder mehreren Schmiermittelkanälen in der/den Axialscheibe/n verwirklicht sein. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Stirnansicht einer Innenzahnradpumpe gemäß der Erfindung;

Figur 2 eine Ansicht einer Innenseite einer Axialscheibe der Innenzahnradpumpe aus Figur 1 ; und Figur 3 eine Schnittdarstellung eines Hohlrads und der Axialscheiben der Innenzahnradpumpe aus Figur 1.

Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Innenzahnradpumpe 1 weist ein

Hohlrad 2, also ein Innenzahnrad, und ein Außenzahnrad, das hier als Ritzel 3 bezeichnet wird, auf. Das Ritzel 3 ist drehfest auf einer Welle 4 angeordnet. Das Hohlrad 2 ist drehbar in einem Lagerring 5 gleitgelagert, der in ein nicht dargestelltes Pumpengehäuse eingepresst ist. Das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 weisen eine gleiche Breite und parallele Achsen auf, sie sind exzentrisch zueinander so angeordnet, dass das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 auf einem Umfangsabschnitt miteinander kämmen. Durch Drehantrieb der Welle 4 wird das Ritzel 3 drehend angetrieben und treibt seinerseits das Hohlrad 2 drehend an, eine Drehrichtung ist mit Pfeil 6 angegeben. Gemeinsam werden das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 auch als Zahnräder 2, 3 der Innenzahnradpumpe 1 bezeichnet.

Auf einem Umfangsabschnitt, in dem das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 nicht miteinander kämmen, begrenzen sie einen sichelförmigen Pumpenraum 7 zwischen sich, wobei das Hohlrad 2 den Pumpenraum 7 außen und das Ritzel 3 den Pumpenraum 7 innen begrenzt. Der Pumpenraum 7 erstreckt sich von einem Saug- bereich 8 zu einem Druckbereich 9. In den Saugbereich 8 mündet eine Bohrung als Einlass 10. Im Pumpenraum 7 ist ein sichelförmiger, hier als Sichel 11 bezeichneter Körper angeordnet, der den Saugbereich 8 vom Druckbereich 9 trennt. Die Sichel 11 ist so breit wie das Ritzel 3 und das Hohlrad 2, an seiner zylindrischen Außenfläche gleiten Zahnköpfe des Hohlrads 2 und an seiner hohlzy- lindrischen Innenfläche Zahnköpfe des Ritzels 3 entlang. Die Sichel 1 1 schließt

Flüssigkeitsvolumina in Zahnzwischenräumen des Hohlrads 2 und des Ritzels 3 ein, die vom drehenden Ritzel 3 und dem drehenden Hohlrad 2 bei Betrieb der Innenzahnradpumpe 1 von der Saugseite 8 zur Druckseite 9 gefördert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Sichel 11 ein zweiteili- ger Körper, dessen beide Teile gelenkig miteinander verbunden sind und von einer einliegenden Schenkelfeder 12 nach außen gegen die Zahnköpfe des Hohlrads 2 und nach innen gegen die Zahnköpfe des Ritzels 3 gedrückt werden. Außerdem kommuniziert ein Zwischenraum 13 zwischen dem Innen- und dem Außenteil der Sichel 11 mit dem Druckbereich 9, so dass die beiden Teile der Sichel 1 1 nach außen gegen die Zahnköpfe des Hohlrads 2 und nach innen gegen die

Zahnköpfe des Ritzels 3 gedrückt werden. Ein Stift 14 hält die Sichel 11 , die sich in Umfangsrichtung an einem Anschlagbolzen 15 gegen die Druckbeaufschlagung von der Druckseite 9 abstützt.

Beiderseits des Ritzels 3 und des Hohlrads 2 sind Axialscheiben 16 angeordnet, von denen eine in Figur 2 dargestellt ist. Die Axialscheiben 16 sind feststehend im nicht dargestellten Pumpengehäuse angeordnet, sie drehen nicht mit dem Ritzel 3 und dem Hohlrad 2 mit. Die Axialscheiben 16 liegen mit ihren Innenseiten an Stirnseiten des Ritzels 3 und des Hohlrads 2 an. Die Axialscheiben 16 begrenzen den Pumpenraum 7 seitlich. Innen- und Außenseiten der Axialschie- ben 16 sind Stirnseiten der Axialscheiben 16.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Axialscheiben 16 in etwa kreissegmentförmig, also von einem Kreisbogen und einer Kreissehne begrenzt, wobei die Axialscheiben 16 größer als ein Halbkreis sind. Ein sich in Richtung einer Kreissehne erstreckender Rand 17 der Axialscheiben 16 endet mit einer Ausklinkung 18 in Form einer Schrägstufe. Die Form der Axialscheiben 16 ist nicht zwingend für die Erfindung. Die Axialscheiben 16 weisen eine Durchgangsbohrung 19 für die Welle 4 der Innenzahnradpumpe 1 und eine Bohrung 20 für den Anschlagbolzen 15 für die Sichel 11 auf.

Damit die Axialscheiben 16 zum Ritzel 3 und zum Hohlrad 2 abdichten, sind ihre Außenseiten druckbeaufschlagt (Figur 2 zeigt die Innenseite der einen Axialscheibe 16!). Zur Druckbeaufschlagung weisen die Außenseiten der Axialscheiben 16 ein sog. Druckfeld 21 auf, das in Figur 2 mit einer Strichlinie angedeutet und in der Schnittdarstellung der Figur 3 zu sehen ist. Beim Druckfeld 21 handelt es sich um eine Vertiefung in der Außenseite der Axialscheibe 16 mit beispielsweise einer Sichelform. Das Druckfeld 21 kann auch im nicht dargestellten Pumpengehäuse ausgebildet sind. Im Ausführungsbeispiel kommuniziert das Druckfeld 21 durch einen ungefähr viertelkreisförmigen Schlitz 22, der die Axialscheibe 16 quer durchsetzt, mit dem Druckbereich 9 des Pumpenraums 7.

Entlang des Randes 17 der Axialscheiben 16, der sich in der Kreissehnenrichtung erstreckt, weisen die Axialscheiben 16 der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 1 eine Schrägfläche 23 an den Innenseiten der Axialscheiben 16 auf. Die Schrägfläche 23 erstreckt sich auf einem Streifen parallel zum Rand 17 der Axialscheiben 16. Die Schrägflächen 23 auf den Innenseiten der Axialscheiben 16, die am Ritzel 3 und am Hohlrad 2 anliegen, begrenzen Keilspalte 24 zwischen sich und den Stirnseiten des Ritzels 3 und des Hohlrads 2. Die Keilspalte 24 sind in Figur 3 zu sehen, die einen Achsschnitt des Hohlrads 2 und ei- nen dazu parallel nach außen in Höhe der Zähne des Hohlrads 2 versetzten

Schnitt der Axialscheiben 16 zeigt. Alle übrigen Teile sind zur klaren Darstellung in Figur 3 weggelassen. Die Keilspalte 24 zwischen den Axialscheiben 16 und dem Hohlrad 2 sind zwischen den Axialscheiben 16 und dem Ritzel 3 ebenso vorhanden. Die Keilspalte 24 verengen sich in der Drehrichtung 6 des Hohlrads 2 und des Ritzels 3. Zum Saugbereich 8, der in Figur 3 mit Strichlinien angedeutet ist, sind die Keilspalte 24 offen. In Figur 3 ist auch die den Einlass 10 der Innenzahnradpumpe 1 bildende, in den Saugbereich 8 des Pumpenraums 7 mündende Bohrung mit Strichlinien angedeutet.

Bei einem Betrieb der Innenzahnradpumpe 1 bewirken oder verbessern die Keilspalte 24 eine hydrodynamische Schmierung zwischen den Axialscheiben 16 und dem Ritzel 3 und dem Hohlrad 2: durch ihre Drehung fördern das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 an ihren Stirnseiten haftende Flüssigkeit aus dem Saugbereich 8 als Schmierfilm zwischen sich und die Axialscheiben 16. Dabei verbessern die Keilspalte 24, welche die Schrägflächen 23 der Axialscheiben 16 zwischen sich und dem Ritzel 3 und dem Hohlrad 2 bilden, die Ausbildung des Schmierfilms. Der Aufbau des Schmierfilms zwischen den Axialscheiben 16, die durch Druckbeaufschlagung von außen gegen das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 gedrückt werden, ist vergleichbar dem Aufbau eines Schmierfilms eines hydrodynamischen Axialgleitlagers. Der Schmierfilm vermindert Reibung und Verschleiß.

Radial gesehen in Höhe der Zähne des Ritzels 3 und des Hohlrads 2 und in Um- fangsrichtung gesehen in Höhe der Bohrung 20 für den Anschlagbolzen 15 weisen die Axialscheiben 16 der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 1 Bohrungen 25, 26 auf, die die Axialscheiben 16 der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 1 quer durchsetzen. Mit anderen Worten ausgedrückt sind die Bohrungen 25, 26 nahe dem Rand 17 der Axialscheiben 16 angeordnet, an dem sich das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 bei einem Drehantrieb zwischen die Axialscheiben 16 hinein bewegen. Wie in Figur 3 mit Strichlinien angedeutet kommunizieren die Bohrungen 25, 26 in den Axialscheiben 16 durch Kanäle 27 in Seitenwänden der Innenzahnradpumpe 1 mit dem Saugbereich 8 des Pumpenraums 7 bzw. mit dem Einlass 10 der Innenzahnradpumpe 1. Durch die Bohrungen 25, 26 gelangt Flüssigkeit aus dem Einlass 10 bzw. dem Saugbereich 8 der Innenzahnradpumpe 1 auf die Stirnseiten des Ritzels 3 und des Hohlrads 2 und wird bei einem Drehantrieb des Ritzels 3 und des Hohlrads 2 zwischen die außen anliegenden Axialscheiben 16 und das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 gefördert. Durch die Bohrungen 25, 26 erfolgt somit ebenfalls eine hydrodynamische Schmierung des Ritzels 3 und des Hohlrads 2 zwischen den Axialscheiben 16. Die Bohrungen 25, 26 können zusätzlich oder statt der Schrägfläche 23 vorgesehen sein. Um Flüssigkeit als Schmierfilm an anderer Stelle zwischen die Axialscheiben 16 und das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 zuzuführen ist es denkbar, die Bohrungen

25, 26 oder zusätzliche Bohrungen an anderen Stellen der Axialscheiben 16 vorzusehen (nicht dargestellt).

Die Keilspalte 24 bilden ebenso wie die Bohrungen 25, 26 eine Schmier- mittelzufuhr zwischen die Axialscheiben 16 und das Ritzel 3 und das Hohlrad 2 wobei die Bohrungen 25, 26 in den Axialscheiben 16 allgemeiner auch als Schmiermittelkanäle aufgefasst werden können.

Claims

Ansprüche

1. Innenzahnradpumpe, mit einem Hohlrad (2) und einem Ritzel (3), das exzentrisch im Hohlrad (2) angeordnet ist und auf einem Umfangsabschnitt mit dem Hohlrad (2) kämmt, wobei das Hohlrad (2) und das Ritzel (3) einen Pumpenraum (7) zwischen sich nach außen und nach innen begrenzen, der sich außerhalb des Umfangsabschnitts, in dem das Hohlrad (2) und das Ritzel (3) kämmen, in Umfangsrichtung von einem Saugbereich (8) zu einem Druckbereich (9) erstreckt, und mit mindestens einer Axialscheibe (16), die auf einer Stirnseite des Hohlrads (2) und des Ritzels (3) angeordnet ist, die an den Stirnseiten des Hohlrads (2) und des Ritzels (3) anliegt und auf ihrer dem Hohlrad (2) und dem Ritzel (3) abgewandten Außenseite druckbeaufschlagt ist, und die den Pumpenraum (7) auf einer Seite begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenzahnradpumpe (1) eine Schmiermittelzufuhr vom Saugbereich zwischen die mindestens eine Axialscheibe (16) und das Hohlrad (2) und/oder das Ritzel (3) aufweist.

2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittelzufuhr einen Schmiermittelkanal (25, 26) in der mindestens einen Axialscheibe (16) aufweist, der mit dem Saugbereich (8) der Innenzahnradpumpe (1) kommuniziert und auf der Innenseite der mindestens eine Axialscheibe (16) an einer Stirnseite des Hohlrads (2) und/oder des Ritzels (3) mündet.

3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermittelkanal (25, 26) die mindestens eine Axialscheibe (16) von der Außenseite zur Innenseite durchsetzt.

4. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Axialscheibe (16) eine Schrägfläche (23) auf ihrer dem Hohlrad (2) und dem Ritzel (3) zugewandten Innenseite aufweist, die im Saugbereich (8) der Innenzahnradpumpe (1) einen Abstand vom Hohlrad (2) und/oder dem Ritzel (3) aufweist und sich in einer Förderrichtung der Innen- zahnradpumpe (1) dem Hohlrad (2) und/oder dem Ritzel (3) nähert und einen in der Förderrichtung enger werdenden Keilspalt (24) zwischen der mindestens einen Axialscheibe (16) und dem Hohlrad (2) und/oder dem Ritzel (3) begrenzt, der mit dem Saugbereich (8) kommuniziert und die Schmiermit- telzufuhr bildet.