DE19934035A1

DE19934035A1 - Zahnradpumpe mit innenverzahntem Zahnrad

Info

Publication number: DE19934035A1
Application number: DE19934035A
Authority: DE
Inventors: Gerard Cronin; Ronald Engel; Dequan Yu
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: GB9916165D0; US6113360A; GB2342398B; DE19934035C2; GB2342398A

Abstract

Bei einer Zahnradpumpe mit innenverzahntem Zahnrad ist ein Rückströmkanal (52) derart angelegt, daß eine zu dem Einlaßkanal (30) und zu dem Auslaßkanal (32) der Pumpe entgegengesetzte Strömungsrichtung des Fluids erhalten wird und diese entgegengesetzte Strömungsrichtung durch eine für den Einlaßbereich (42) des Einlaßkanals (30) vorgesehene Umlenkführung (50, 52) in die für ein Einlaßkanal vorgegebene Strömungsrichtung generell verwirbelungsfrei umgekehrt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnradpumpe mit innen verzahntem Zahnrad der durch den Oberbegriff des Patent anspruches 1 angegebenen Art.

Bei den Zahnradpumpen mit einem innenverzahnten Zahnrad, das innerhalb eines Gehäuses mit einem außenverzahnten Zahnrad zur Bildung einer Vielzahl vom Pumpenkammern veränderlichen Volumens während der Drehung der Zahnräder zusammenarbeitet, ergeben sich im Antrieb durch die Maschine eines Kraftfahr zeuges hohe Förderdrücke für das damit geförderte Hydraulik öl, sobald die Drehzahl der Maschine höhere Werte erreicht. Diese höheren Förderdrücke werden durch das Vorsehen eines Überdruckventils begrenzt, welches an einer Druckentlastungs öffnung des Auslaßkanals über einen angeschlossenen Rück strömkanal eine Verbindung mit dem Einlaßkanal der Pumpe herstellt. Für das rückströmende Fluid, welches somit wieder der Ansaugseite der Pumpe zugeführt wird, ergeben sich dabei als Folge der unterschiedlichen Druck- und Fließratenver hältnisse im Einlaßbereich des Einlaßkanals sehr instabile Verhältnisse. Solche unerwünschten Verhältnisse werden bspw. bei einer maschinengetriebenen Ölpumpe eines Kraftfahrzeuges für die Beibehaltung einer angemessenen Schmierung der Ma schine dadurch zu beherrschen versucht, daß die Pumpe mit der Einstellung eines Überdruckes an dem Überdruckventil betrieben wird, der etwa 20% höher liegt als es der nominel len Anforderung der Maschine entspricht. Diese Vorkehrung erfordert nicht nur eine Überdimensionierung der Pumpe, sondern wirkt sich auch nachteilig aus auf die Wirtschaft lichkeit des Brennstoffverbrauchs und schafft daneben auch unerwünschte zusätzliche Geräuschquellen, verursacht duch die Druckschwankungen bei wechselnden Maschinendrehzahlen, die sich in Vibrationen des Aggregates auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnradpumpe der angegebenen Art derart auszubilden, daß sich der bei der Rückströmung des Fluids unter Mitwirkung des Überdruck ventils auswirkende Druckabfall und die Erniedrigung der Strömungsrate des Fluids weniger kritisch verhalten.

Diese Aufgabe wird mit einer Zahnradpumpe der angegebenen Art gelöst, die erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patent anspruches 1 ausgebildet und vorteilhaft mit den Merkmalen der weiteren Ansprüche weitergebildet ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe sind haupt sächlich in der Einzelheit erkennbar, daß durch die beson dere Anlage des Rückströmkanals für das rückströmende Fluid eine generell verwirbelungsfreie Rückführung in den Einlaß kanal der Pumpe erhalten wird, sodaß damit ein störender Druckabfall und auch eine störende Verringerung der Fließ rate des Fluids vermieden werden. Die Zahnradpumpe erhält dadurch andererseits einen relativ hohen Wirkungsgrad für die Förderung des Fluids, die auch bei häufig wechselnden Drehzahlen der die Pumpe bei einem Kraftfahrzeug antreiben den Maschine stetige Werte annimmt, sodaß sonst benötigte Hilfsmaßnahmen beispielsweise für einen mit der Pumpe unter haltenen Schmiermittelkreislauf nicht mehr benötigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrie ben. Es zeigt

Fig. 1 eine Perspektivansicht in auseinandergezogener Darstellung der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Grundkörper des Pumpen gehäuses der Pumpe gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Perspektivansicht in auseinandergezogener Darstellung der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe gemäß einer alternativen Ausführungsform und

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Grundkörper des Pumpen gehäuses der Pumpe gemäß Fig. 3.

Bei den beiden in der Zeichnung dargstellten Ausführungs formen einer Zahnradpumpe 10 des sogenannten Gerotor-Typs ist eine Pumpengehäuse 12 mit einem Grundkörper 14 und einem Gehäusedeckel 16 realisiert. Das Pumpengehäuse 12 ist zur Aufnahme eines innenverzahnten Zahnrades 18 und eines außenverzahnten Zahnrades 20 ausgebildet, die beide mit einer Vielzahl von Zähnen 26 versehen sind und von welchen das innenverzahnte Zahnrad 18 zur Drehung um eine Achse angetrieben wird, die exzentrisch zu einer den beiden Zahn rädern gemeinsamen Achse 22 verläuft. Das außenverzahnte Zahnrad 20 hat einen Zahn weniger als das innenverzahnte Zahnrad 18, sodaß sich als Folge von dessen exzentrischer Drehung Pumpenkammern veränderlichen Volumens ergeben, die sich für einen Anschluß an einen generell gekrümmten Einlaß kanal 30 und an einen ebenfalls generell gekrümmten Auslaß kanal 32 stetig vergrößern bzw. stetig verkleinern, wobei im Übergang ein Maximalwert für das Volumen dieser Pumpen kammern auftritt.

Der Einlaßkanal 30 ist ausschließlich an die Pumpenkammern angeschlossen, deren Volumen sich bei der Drehung der Zahn räder stetig vergrößert, während der Auslaßkanal 32 eben falls ausschließlich an die Pumpenkammer angeschlossen ist, deren Volumen sich andererseits stetig verkleinert. Wenn somit die Zahnräder 18, 20 in der Pfeilrichtung "R" gedreht werden, also im Uhrzeigergegensinn, dann wird ein Fluid über den Einlaßkanal 30 unter der Wirkung des sich stetig ver größernden Volumens der Pumpenkammern angesaugt und wird über den Auslaßkanal 32 unter der Wirkung der sich stetig verkleinernden Pumpenkammern mit einem erhöhtem Druck ge fördert. Eine unmittelbare Verbindung der an einem Spiegel der beiden Gehäuseteile 14,16 offen ausgebildeten Ein- und Auslaßkanäle 30, 32 wird dabei durch die Maßnahme verhindert, daß die beiden Kanäle an ihrem Übergang mit einem auf die gemeinsame Achse 22 bezogenen Mittelpunktwinkel θ₁ vonein ander beabstandet sind, der etwa 100% bis etwa 120% des nominellen Abstandswinkel θ beträgt. Dieser nominelle Ab standswinkel θ ist definiert als die Teilung eines Voll kreises durch die Anzahl der Zähne 26 des außenverzahnten Zahnrades 20, sodaß damit das Winkelmaß angesprochen ist, welches den Abstand der beiden Kanäle 30, 32 an dem Ort des maximalen Volumens der betreffenden Pumpenkammern angibt. Wenn daher das Zahnrad 20 beispielsweise mit zehn Zähnen versehen ist, dann ergibt sich für diesen Ort ein Abstands winkel θ₁ zwischen etwa 36° und etwa 43.2°.

Der Grundkörper 14 des Pumpengehäuses 12 ist weiterhin mit einem Rückströmsystem ausgebildet, welches ein Überdruck ventil 40 und einen Rückströmkanal 52 umfaßt. Durch dieses Rückströmsystem werden die Pumpenkammern mit dem sich stetig verringernden Volumen für eine unter Mitwirkung des Über druckventils 40 gesteuerte Rückströmung des Fluids mit dem Einlaßkanal 30 verbunden. In dem Einlaßbereich 42 des Ein laßkanals kann es daher zu einer Verwirbelung des Fluids mit der Folge eines Druckabfalles und einer Verringerung der Fließrate kommen.

Bei der Ausführungsform der Zahnradpumpe gemäß den Fig. 1 und 2 ist der Rückströmkanal 52 zur Vermeidung einer solchen Verwirbelung derart angelegt, daß sich für die Rückströmung des Fluids eine zu dem Einlaßkanal 30 entgegengesetzte Strömungsrichtung ergibt, also eine Strömungsrichtung im Uhrzeigersinn, die im Übergang zu dem Einlaßbereich 42 des Einlaßkanals 30 durch eine Umlenkführung in der Ausbildung eines gegen den Einlaßkanal ausgerichteten Führungskörpers 50 gebremst wird. Der Führungskörper 50 begrenzt somit den Rückströmkanal 52 gegen den Einlaßbereich 42 des Einlaß kanals 30 und ist mit einer Umlenkfläche 62 versehen, welche in Bezug auf die Strömungsrichtung innerhalb des Rückström kanals 52 konkav ausgebildet ist und einen unmittelbaren Anschluß an einen konvexen Teilbereich 64 des Führungskör pers 50 aufweist, der seinerseits wieder übergeht in eine konkave Begrenzungsfläche 66 des Einlaßbereichs 42 des Einlaßkanals. Die somit an dem Ende 53 des Rückströmkanals 52 ausgebildete konkave Umlenkfläche 62 ergibt also eine weitgehend verwirbelungsfreie Überleitung des rückströmenden Fluids in den Einlaßbereich 42 des Einlaßkanals 30, wobei mit der Umlenkfläche 62 gleichzeitig eine Umkehrung der Strömungsrichtung des Fluids erhalten wird, die eine Ang leichung an die in dem Einlaßkanal 30 vorherrschende Strö mungsrichtung ergibt. Als Folge dieser Umkehrung der Strö mungrichtung, die durch den Führungskörper 50 resp. dessen konkave Umlenkfläche 62 erzwungen wird, wird daher auch ein Druckabfall ebenso vermieden wie eine Verringerung der Fließrate, wobei das Ausmaß der mit dem Führungskörper 50 erreichten Umkehrung der Strömungsrichtung nur eine sekun däre Einflußgröße ergibt.

Ausweislich der alternativen Ausführungsform der Zahnrad pumpe kann nämlich auch bereits eine minimale Beeinflussung der in dem Rückströmkanal 74 vorherrschenden Strömungsrich tung des Fluids mit einer konkaven Umlenkfläche 82 eines entsprechenden Führungskörpers 80 ausreichen, wenn für den Einlaßbereich 72 des Einlaßkanals 30 eine verwirbelungsfreie Zone geschaffen werden soll. Bei dieser alternativen Ausfüh rungsform der Zahnradpumpe ist der Rückströmkanal 74 wesent lich kürzer ausgebildet als der Rückströmkanal 52 bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2. Dabei ist außer dem noch die Besonderheit verwirklicht, daß hier dieser Rückströmkanal 74 gegen den Einlaßkanal 30 nicht durch eine Trennwand abgetrennt ist, sodaß hier auch für das Überdruck ventil 40 ein erweiterter Ausström 41 zur Verfügung steht, der die konkav ausgebildete Umlenkfläche 82 des Führungs körpers 80 unmittelbarer auf das rückströmende Fluid ein wirken läßt. Die Wirkung der konkaven Umlenkfläche 82 wird dabei ergänzt durch eine konvexe Leitfläche 84 des Führungs körpers 80, die gegen den Einlaßbereich 72 des Einlaßkanals 30 ausgerichtet ist.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß bei der Aus bildung des Pumpengehäuses mit einem Grundkörper und einem Deckel der Rückströmkanal zweckmäßig in dem Grundkörper ausgebildet wird, wenn das Überdruckventil resp. ein ent sprechender Überdruckkanal eine Anordnung und Ausbildung in dem Deckelteil des Pumpengehäuses erfährt, wobei aber auch dafür eine Anordnung und Ausbildung an dem Grundkörper des Gehäuses vorgesehen werden kann.

Claims

1. Zahnradpumpe mit einem innenverzahnten Zahnrad, das innerhalb eines Gehäuses mit einem außenverzahnten Zahnrad zur Bildung einer Vielzahl von Pumpenkammern veränderlichen Volumens während der Drehung der Zahn räder zusammenarbeitet, wobei das Gehäuse einen generell gekrümmten Einlaßkanal und einen generell gekrümmten Aus laßkanal aufweist, die einen Anschluß ausschließlich an die Pumpenkammern mit einem sich während der Drehung der Zahnräder stetig vergrößernden bzw. mit einem sich stetig verkleinernden Volumen haben, sowie ein Überdruckventil, welches die Einlaß- und Auslaßkanäle der Pumpe über einen Rückströmkanal miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückströmkanal (52; 74) derart angelegt ist, daß eine zu dem Einlaßkanal (30) und zu dem Auslaßkanal (32) entgegengesetzte Strömungsrichtung des Fluids erhalten wird und diese entgegengesetzte Strö mungsrichtung des rückströmenden Fluids durch eine für den Einlaßbereich (42; 41) des Einlaßkanals (30) vorgesehene Umlenkführung (50, 62; 80,82) in die für den Einlaßkanal (30) vorgegebene Strömungsrichtung des Fluids generell verwirbelungsfrei umgekehrt wird.

2. Zahnradpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkführung mit einer gegen die Strömungsrichtung des Fluids in dem Rückström kanal (52; 74) konkav ausgebildeten Umlenkfläche (62; 82) an einem gegen den Einlaßkanal (30) ausgerichteten Füh rungskörper (52; 80) versehen ist.

3. Zahnradpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Umlenkfläche (62; 82) des Führungskörpers (50; 80) mit einer im Einlaßbereich (42; 72) des Einlaßkanals (30) liegenden Leitfläche (64, 66; 84) ergänzt ist, die gegen die in dem Einlaßbereich vor herrschende Strömungsrichtung des Fluids konvex-konkav bzw. ausschließlich konvex ausgebildet ist.

4. Zahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (50) an dem Ende (53) des Rückströmkanals (52) von einer Trennwand beabstandet ist, die den Rückströmkanal (52) gegen den Einlaßkanal (30) räumlich trennt.