DE4134219A1

DE4134219A1 - Gear tooth pump with variable volumetric flow - has additional gears which are disconnected from driving shaft as pressure rises

Info

Publication number: DE4134219A1
Application number: DE19914134219
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Bolzmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1992-04-30

Abstract

A gear tooth pump has three pairs of meshing gears (3,4)(5,6)(7,8) which are mounted side by side in a housing (1). The gear (3) is formed integrally with the driving shaft (9). The driving shaft has an axial bore which receives a piston (6). This piston has splines on its outside surface which can engage splines in the bores of the gears (3,5,7). A compression spring (24) acts on the piston so that its driven into the bore of the gears (5) and (7) so that they are driven with the gear (3). The bore of the gear (7) is connected by a passageway (22) to the pump outlet so that pump delivery pressure acts on the piston and disengages it from the gears (5) and (7) and so reducing the pump flow. USE/ADVANTAGE - Gear tooth pump for lubricating oil for an engine. The volumetric flow is reduced as pressure rises.

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.The invention relates to a gear pump according to the preamble of Claim 1. Preferred application of the invention is a Oil pump as part of the lubricating oil supply to an internal combustion engine, how it is used in motor vehicles; the application of the he However, the invention is not restricted to this application.

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.As is known, there are many applications in which the particular Delivery volume of the pump adapted to existing conditions must become. If you consider the use as an oil pump for internal combustion machine of a motor vehicle, the funding volume for the worst case, namely hot idling. These Interpretation takes into account the fact that at high oil temperature and correspondingly low oil viscosity and low speed of the Internal combustion engine, so high leakage losses, the oil supply too the most distant camp must be secured. However, this means that for all other operating conditions of the internal combustion engine the pump is pumping too much oil, which creates a significant pressure increased, increased energy consumption of the pump and - if none Pressure relief valves are used - the risk of damage of seals.

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.For this reason - except for pressure-operated valves regulations - gear pumps have already become known, their Funding volume is changeable. They usually work according to the principle known from DE-OS 30 28 573 and EP 02 61 682 A2 the relative displacement of the two intermeshing promotional Gears, so that depending on the relative axial position of the two gears set different funding ranges will. These known constructions offer the advantage a continuous adjustability of the delivery rate, however even with small set delivery rates, the relative wide gears are driven in their entirety, whereby the efficiency of the pumps becomes very low.

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.The gear pump behaves more favorably in this regard generic US-PS 17 96 814. With this pump, the width of the promoting meshing areas of gears not by axial Relative shift between these changes, but through ver turning of several axially successive, relatively narrow teeth pairs of wheels, one of which sits on a drive shaft Gear, if necessary, coupled to the drive shaft in a rotationally fixed manner this coupling is broken. Accordingly, only those are tooth to drive wheels, each for the specified funding volume to be needed. In particular, the arrangement is so constructed that they are the essential component of the non-rotatable connection forming rod moved axially purely mechanically via a lever and depending on their respective axial position a permanently driven gear pair to further gear pairs switches. The non-working gear pairs is one Lock associated with a by means of a pivot lever Engagement with one of the gear wheels bring ent holds.

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.The invention has for its object a gear pump this Design principles so that they are an automatic Regulation of their funding volume, d. H. the activation or deactivation of Gear pairs, makes to constant output pressure.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training the invention describe the subclaims.

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.An advantage of the invention is that it defines the solves te task with very little effort. They become practical already existing parts for influencing the delivery volume, especially the rod, by adding a pressure chamber and added a spring to a "spring-hydraulic" comparison element, by comparing one obtained from the outlet pressure of the pump NEN pressure force with the predetermined force of the spring determines whether the outlet pressure is within an allowable range; lies If it is above this range, the rod moves in the sense of a reduction in the number of gear pairs working, if the pressure is below this range, the spring force predominates and pushes the rod against the hydraulic pressure into one Position in which a larger number of gear pairs rotatably with the driven shaft are connected.

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.Consider the case of an oil pump of an internal combustion engine again Schine, the regulation according to the invention is not only a prevents energy-consuming circulation of excess oil, but also temperature increases in the oil are avoided, such as they occur particularly in known pressure relief valves and the require additional oil coolers.

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.An exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing, FIG. 1 of which shows a longitudinal section and FIG. 2 of which shows the cross section through an oil pump indicated at II-II in FIG. 1.

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.In the composite of the pot-like part 1 and the cover 2 th pump housing can be seen three meshing gear pairs 3 , 4 and 5 , 6 and 7 , 8 , of which the first gear 3 of the first gear pair 3 , 4 integrally with the drive shaft Shaft 9 is made, which is in rotary connection with a drive, not shown, here an internal combustion engine. Ver understandably this one-piece is not required for the invention; but it is advisable to provide a permanent, rotationally fixed connection between the drive shaft 9 and the first gear 3 of the first pair of gears 3 , 4 .

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.The second gear 4 of this pair, like the second gears 6 and 8 of the two further gear pairs, is continuously rotatable on the second shaft 10 , which in this embodiment is rotatably mounted in the housing parts 1 and 2 . This rotatability is, however, as can be seen in particular from FIG. 2, only limited to the direction of rotation indicated by the arrow by freewheels 11 and 12 which, in a manner known in principle, contain a roller 13 which is under the action of the spring 14 and the cone 15 seek to move into a clamping position.

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.The first two gears 5 and 7 are also referred to as a detachable gears of the two gear wheel pairs 5, 6 and 7, 8 cancellable positive rotational connections are associated with the drive shaft 9, as essential components, the - replacing the rod in the prior art - Cross piston 16 in an axial recess of the drive shaft 8 and inner teeth 17 and 18 on the detachable gears 5 and 7 , which are also associated with web-like drivers 19 on the piston 16 . When Verschiebebewegun conditions of the piston 16 in Fig. 1 upwards, its drivers 19 can slide between the web-like inner teeth 17 or 18 and thereby establish the rotational connection between the drive shaft 9 on the one hand and the gear 5 and the gear 7 on the other. This penetration is facilitated by the fact that both the web-like driver 19 at 19 'and the teeth 17 and 18 at 17 ' and 18 'sit in one direction beveled end faces be.

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.With its upper end in FIG. 1, the piston 16 limits the pressure chamber 20 , which is in flow connection with the pressure side 23 ( FIG. 2) of the pump via the circumferential channel 21 and the groove 22 . Depending on the pressure of the pressure medium on the pressure side 23 , this exerts a force on the piston 16, which is to bring it down in FIG. 1 and thus out of engagement with the detachable gear wheels 5 and 7 . This force is counteracted by the force of the compression spring 24 , which is supported with its lower end in FIG. 1 at the bottom of the longitudinal recess in the drive shaft 9 and with its upper end in FIG. 1 from the inside on the end wall of the piston 16 .

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.The slotted sleeve 25 , which is provided with slots 26 for the passage of the drivers 19 of the drive shaft 9 and with longer slots 27 , which serve to guide and mount the upper end of the piston 16 in FIG. 1, are used even when the piston is very close 16 , that is to say at the same time at the TDC position, to ensure a flow cross section between the groove 22 and the pressure chamber 20 . The axial position of this rotatably mounted sleeve 25 is secured by stops in the cover 2 and in the gear 3 ge.

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.The various, for switching on or switching off gear serving axial position of the piston 16 , the Rastvorrich device 28 is assigned, which - apart from the spring-loaded ball 29 - holds several grooves 30 , 31 and 32 on the outer circumference of the piston 16 ent. So that the different grooves 30 , 31 and 32 have the same spacing regardless of the different widths of the gears of the different pairs, the central groove 31 is made slightly longer in the axial direction.

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.With the invention is accordingly a generic gear pump ge create a scheme with simple, reliable means their initial pressure by changing the number of their pairs other combing, promoting gears.

Claims

1. Gear pump with variable delivery volume, comprising several pairs of intermeshing gear wheels, each arranged on one of two shafts, of which a first shaft is connected to a drive and can be coupled with at least some of the gear wheel pairs, via first reversible form-locking rotary connections the second gearwheels of all pairs on the second shaft, driven by the first gearwheels, are continuously rotatable, and a rod which is displaceable in a longitudinal recess of the first shaft and is provided with this with a rotationally fixed and at one end with drivers for engagement in longitudinal grooves of the couplable gearwheels for forming the rotary connections , characterized in that the rod ( 16 ) piston-like in the region of its one end delimits a pressure chamber ( 20 ) which is in flow communication with the pressure side ( 23 ) of the pump and in the opposite direction from one with regard to a setpoint value of the pressure on the pressure side ( 23 ) designed spring ( 24 ) is acted upon by force.

2. Gear pump according to claim 1, characterized by in the longitudinal direction of the rod ( 16 ) corresponding positions at the same lie before the positive rotary connections with different gear pairs ( 5 , 6 ; 7 , 8 ) successive Rastvorrich lines ( 28 ).

3. Gear pump according to claim 2, characterized in that the locking devices ( 28 ) in the longitudinal direction such dimensioned grooves ( 30 , 31 , 32 ) contain that the distances between the locking devices regardless of different widths of the gears ( 3 , 5 , 7 ) of the same size are.

4. Gear pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that webs ( 17 , 18 ) between the longitudinal grooves and / or the likewise web-like driver ( 19 ) to facilitate the engagement movement beveled free end faces ( 17 ', 18 ', 19th ') Have.

5. Gear pump according to one of claims 1 to 4, characterized by a with longitudinal slots ( 26 ) for the passage of the driver ( 19 ), at least partially in the pressure chamber ( 20 ) ver running bearing sleeve ( 25 ) for the rod.

6. Gear pump according to claim 5, characterized in that the bearing sleeve ( 25 ) has longitudinal slots ( 27 ) of such length that they define flow cross sections even when the rod ( 16 ) is extremely close.

7. Gear pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gear pairs ( 5 , 6 ; 7 , 8 ) with detachable gears ( 5 , 7 ) are associated with a reverse rotation preventing freewheels ( 11 , 12 ).