DE102019120239A1

DE102019120239A1 - Hydrostatische Verdrängereinheit

Info

Publication number: DE102019120239A1
Application number: DE102019120239.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Heinz; Daniel Sauer
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdrängereinheit (1), aufweisend ein Gehäuse (2), eine Antriebswelle (9), einen Einlass (3), einen Auslass (4) und ein Verdrängungsmittel (10), wobei der Einlass (3) mit mindestens einer Saugzone (25) des Verdrängungsmittels (10) fluidisch verbunden ist und wobei der Auslass (4) mit mindestens einer Druckzone (26) des Verdrängungsmittels (10) verbunden istErfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verdrängungsmittel (10) aus einem ersten Rotorsatz (11) und einem zweiten Rotorsatz (12) besteht, wobei der erste Rotorsatz (11) ein erstes Innenzahnrad (13) und ein erstes Außenzahnrad (14) aufweist und wobei der zweite Rotorsatz (12) ein zweites Innenzahnrad (15) und ein zweites Außenzahnrad (16) aufweist, und wobei der zweite Rotorsatz (12) und die zugehörige Lagerung (34) des zweiten Außenzahnrads (16) zu dem ersten Rotorsatz (11) und seiner zugehörigen Lagerung (33) des ersten Außenzahnrads (14) um einen Winkel zwischen 150° und 210°, vorzugsweise um 180°, um die Mittellinie der gemeinsamen Antriebswelle (9) verdreht angeordnet ist, und wobei die Lagerungen (33, 34) in dem Gehäuse (2) angeordnet sind, und wobei zwischen dem ersten Rotorsatz (11) und dem zweiten Rotorsatz (12) ein Zwischenplattenmittel (20) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängereinheit, vorzugsweise eine Gerotoreinheit, aufweisend ein Gehäuse, eine Antriebswelle, einen Einlass, einen Auslass und ein Verdrängungsmittel, wobei der Einlass mit mindestens einer Saugzone des Verdrängungsmittels fluidisch verbunden ist und wobei der Auslass mit mindestens einer Druckzone des Verdrängungsmittels verbunden ist.
Stand der Technik
Hydrostatische Verdrängereinheiten sind bekannt und verbreitet. Sie können als Pumpen oder als Motoren betrieben werden. In der Bauform als Gerotoreinheit enthalten üblicherweise als Verdrängungsmittel zwei Zahnräder mit unterschiedlicher Zähnezahl, ein Innenzahnrad und ein Außenzahnrad. Die Zahnräder drehen sich um zueinander versetzte Mittellinien und die Zähne kämmen einerseits miteinander, während andererseits die Zahnköpfe dichtend aneinander vorbei gleiten.
In der Bauform als Innenzahnradeinheit gleiten die Zahnköpfe nicht dichtend aneinander vorbei, sondern dichten gegen ein keilförmiges Zwischenstück.
Das Innenzahnrad ist auf der Antriebswelle drehfest gelagert, die auch das Innenzahnrad antreibt.
Das Außenzahnrad ist im Gehäuse gelagert, wobei die Mittellinie des Außenzahnrads und seiner Lagerung zu der Mittellinie der Welle radial verschoben ist.
Bei einem Betrieb als Pumpe erfolgt die Verdrängung des Arbeitsfluids durch das Eindringen der Zähne des Innenzahnrads in die Zahnlücken des Außenzahnrads. Dabei baut sich auslassseitig zwischen den beiden Zahnrädern ein fluidischer Druck auf, der eine erhebliche radiale Kraft auf die Welle ausübt. Die radiale Kraft wird von ausreichend dimensionierten Lagern auf das Gehäuse übertragen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die radiale Belastung der Welle erheblich zu vermindern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs, die nachfolgenden Ansprüche führen die Lehre weiter aus.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Verdrängungsmittel aus einem ersten Rotorsatz und einem zweiten Rotorsatz besteht, wobei der erste Rotorsatz ein erstes Innenzahnrad und ein erstes Außenzahnrad aufweist und wobei der zweite Rotorsatz ein zweites Innenzahnrad und ein zweites Außenzahnrad aufweist.
Dabei sind der zweite Rotorsatz und die zugehörige Lagerung des zweiten Außenzahnrads zu dem ersten Rotorsatz und seiner zugehörigen Lagerung des ersten Außenzahnrads um einen Winkel zwischen 150° und 210° um die Mittellinie der gemeinsamen Antriebswelle verdreht angeordnet. Dabei sind die Lagerungen in dem Gehäuse angeordnet, vorzugsweise als so bezeichnete Bauteile. Eine vorzugsweise gewählte Ausführung weist eine Verdrehung von 180° auf.
Durch die relative Verdrehung der Rotorsätze zueinander heben sich die Radialkräfte auf die gemeinsame Welle mindestens teilweise auf; durch den axialen Versatz der Rotorsätze ergibt sich noch ein Kippmoment, das aber nur geringe Lagerkräfte erzeugt.
Der zweite Rotorsatz weist eine Dicke auf, die zwischen dem 0,5-fachen und dem 1,5-fachen der Dicke des ersten Rotorsatzes beträgt. Bei gleicher Dicke ergibt sich die beste Kompensation der radialen Kräfte, durch unterschiedliche Dicken lässt sich das resultierende Kippmoment beeinflussen.
Zwischen dem ersten Rotorsatz und dem zweiten Rotorsatz ist ein Zwischenplattenmittel angeordnet, das einteilig oder zweiteilig ausgeführt ist. Dieses Zwischenplattenmittel dichtet die Rotorsätze teilweise gegeneinander ab.
In einer ersten vorteilhaften Ausführung besteht das Zwischenplattenmittel aus einem Bauteil und enthält mindesten zwei Kanäle, wobei der erste Kanal eine Saugzone des ersten Rotorsatzes mit einer Saugzone des zweiten Rotorsatzes miteinander fluidisch verbindet und wobei der zweite Kanal eine Druckzone des ersten Rotorsatzes mit einer Druckzone des zweiten Rotorsatzes miteinander fluidisch verbindet.
Durch diese Kanäle ist es möglich, die fluidische Verbindung der Saugzonen und der Druckzonen mit dem Einlass und dem Auslass auf einer Seite der Anordnung beider Rotorsätze auszuführen, ohne zusätzliche Kanäle durch das Gehäuse zu führen.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführung besteht das Zwischenplattenmittel aus zwei Platten, die um 180° zueinander verdreht angeordnet sind. Vorzugsweise weisen die beiden Platten dieselbe Form auf, was die Herstellungskosten vermindert.
Ebenfalls vorteilhafterweise sind die beiden Rotorsätze auf ihrer von dem Zwischenplattenmittel abgewandten Seite jeweils von einer Endplatte benachbart, die auf ihrer von dem jeweiligen Rotorsatz abgewandten Seite mindestens teilweise mit dem Druck des Auslasses beaufschlagt sind, wobei die Rotorsätze von der jeweils benachbarten Endplatte mindestens auf einem Teil der Endplattenfläche metallisch dynamisch abgedichtet sind. Dabei ist die außen druckbeaufschlagte Fläche entweder geringfügig größer als die von innen mit Druck beaufschlagte Fläche, oder die ganze Außenfläche der Endplatte ist mit Druck beaufschlagt. Im ersten Fall ergibt sich eine geringe Überkompensation der axialen Kräfte, wodurch die Endplatte zum Rotorsatz hin verschoben wird und die axialen Spalte vermindert werden. Im zweiten Fall wird die Endplatte außen am Gehäuse abgestützt, sie biegt sich unter der Druckwirkung geringfügig durch, wobei ebenfalls die axialen Spalte vermindert werden. Die axiale Spaltkompensation führt dazu, dass bei geringen Drücken die Verdrängereinheit mit größeren Axialspalten und damit kleinen Reibmomenten arbeitet und dass bei höheren Drücken die Verdrängereinheit mit kleineren Axialspalten und damit mit kleinen Leckverlusten arbeitet.
Vorzugsweise weisen dabei die erste Endplatte und die zweite Endplatte in einer Teilfläche, die eine mit dem Auslass verbundene Zone des jeweils benachbarten Rotorsatzes abdichtet, jeweils einen Durchbruch auf, wobei die Durchbrüche jeweils die Druckzone des Rotorsatzes mit der von dem jeweiligen Rotorsatz abgewandte Seite der Endplatte fluidisch vollständig oder teilflächig verbinden.
Durch diese Durchbrüche werden zusätzliche Kanäle im Gehäuse vermieden.
Vorteilhafterweise ist in einer alternativen Ausführung das Zwischenplattenmittel drehfest, aber axial schwimmend zwischen den Rotorsätzen gelagert ist, wobei nur einer der Rotorsätze von einer Endplatte benachbart ist, und wobei die Endplatte auf ihrer von dem betreffenden Rotorsatz abgewandten Seite mindestens teilweise mit dem Druck des Auslasses beaufschlagt ist.
Durch diese Anordnung wird eine Endplatte eingespart.
Vorzugsweise weist dabei die Endplatte in einer Teilfläche, die eine mit dem Auslass verbundene Druckzone des benachbarten Rotorsatzes abdichtet, jeweils einen Durchbruch auf, wobei der Durchbruch jeweils die Druckzone des Rotorsatzes mit der von dem Rotorsatz abgewandte Seite der Endplatte vollständig oder teilflächig fluidisch verbindet.
Vorteilhafterweise nimmt in einer anderen alternativen Anordnung das Zwischenplattenmittel sowohl den Einlass als auch den Auslass der Verdrängereinheit mindestens teilweise auf, wobei die oben genannten Kanäle mit dem Einlass beziehungsweise mit dem Auslass verbunden sind.
Bei dieser Anordnung ergibt sich eine günstigere Füllung beider Saugzonen beider Rotorsätze mit Fluid, denn das angesaugte Fluid braucht nicht erst durch den ersten Rotorsatz zu fließen, bevor es den zweiten Rotorsatz erreicht.
Vorteilhafterweise ist der zweite Rotorsatz zu dem ersten Rotorsatz zusätzlich zu einer Verdrehung um 180° um plus oder minus eine halbe Zahnteilung der beiden Innenzahnräder verdreht angeordnet.
Diese zusätzliche Verdrehung bewirkt eine Verminderung der Volumenstrompulsation bei einer Ausführung der Verdrängereinheit als Gerotoreinheit.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnung.
Figurenliste
Es zeigen:

1 einen Längsschnitt der Verdrängereinheit
2 eine Ansicht des ersten Rotorsatzes

Die Verdrängereinheit 1 gemäß 1 weist ein Gehäuse 2, eine Antriebswelle 9, einen Einlass 3, einen Auslass 4 und ein Verdrängungsmittel 10 auf, wobei der Einlass 3 mit mindestens einer Saugzone 25 des Verdrängungsmittels 10 fluidisch verbunden ist und wobei der Auslass 4 mit mindestens einer Druckzone 26 des Verdrängungsmittels 10 verbunden ist.
Das Verdrängungsmittel 10 besteht aus einem ersten Rotorsatz 11 und einem zweiten Rotorsatz 12, wobei der erste Rotorsatz 11 ein erstes Innenzahnrad 13 und ein erstes Außenzahnrad 14 aufweist, wie in 2 beispielhaft für einen Rotorsatz einer Gerotorpumpe dargestellt, und wobei der zweite Rotorsatz 12 ein zweites Innenzahnrad 15 und ein zweites Außenzahnrad 16 aufweist.
Dabei ist der zweite Rotorsatz 12 und die zugehörige Lagerung 34 des zweiten Außenzahnrads 16 zu dem ersten Rotorsatz 11 und seiner zugehörigen Lagerung 33 des ersten Außenzahnrads 14 um einen Winkel von 180° um die Mittellinie der gemeinsamen Antriebswelle 9 verdreht angeordnet.
Dabei sind die Lagerungen 33, 34 in dem Gehäuse 2 angeordnet, und zwischen dem ersten Rotorsatz 11 und dem zweiten Rotorsatz 12 ist ein Zwischenplattenmittel 20 angeordnet.
Vorteilhafterweise weist der zweite Rotorsatz 12 eine Dicke auf, die zwischen dem 0,5-fachen und dem 1,5-fachen der Dicke des ersten Rotorsatzes 11 beträgt, in dem dargestellten Beispiel weisen beide Rotorsätze 11, 12 dieselbe Dicke auf.
In der Ausführung gemäß 1 besteht das Zwischenplattenmittel 20 aus zwei Platten, die um 180° zueinander verdreht angeordnet und im Gehäuse 2 drehfest befestigt sind.
In einer nicht dargestellten Ausführung besteht das Zwischenplattenmittel 20 aus einem Bauteil.
In beiden Ausführungen enthält das Zwischenplattenmittel 20 Kanäle 23, 24, wobei der erste Kanal 23 eine Saugzone 25 des ersten Rotorsatzes 11 mit einer Saugzone 25' des zweiten Rotorsatzes 12 miteinander fluidisch verbindet, und wobei der zweite Kanal 24 eine Druckzone 26 des ersten Rotorsatzes 11 mit einer Druckzone 26' des zweiten Rotorsatzes 12 miteinander fluidisch verbindet
Die beiden Rotorsätze 11, 12 sind auf ihrer von dem Zwischenplattenmittel 20 abgewandten Seite jeweils von einer Endplatte 21, 22 benachbart, die auf ihrer von dem jeweiligen Rotorsatz 11, 12 abgewandten Seite mindestens teilweise mit dem Druck des Auslasses 4 beaufschlagt sind, wobei die Rotorsätze 11, 12 von der jeweils benachbarten Endplatte 21, 22 mindestens auf einem Teil der Endplattenfläche metallisch dynamisch abgedichtet sind.
Die erste Endplatte 21 und die zweite Endplatte 22 weisen in einer Teilfläche, die eine mit dem Auslass 4 verbundene Zone des jeweils benachbarten Rotorsatzes 11, 12 abdichtet, jeweils einen Durchbruch 27, 27' auf, wobei die Durchbrüche 27, 27' jeweils die Druckzone 26, 26' des Rotorsatzes 11, 12 mit der von dem jeweiligen Rotorsatz abgewandte Seite der Endplatte 21, 22 fluidisch vollständig oder teilflächig verbinden.
Die vorhergehende Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Verdrängereinheit
2: Gehäuse
3: Einlass
4: Auslass
9: Antriebswelle
10: Verdrängungsmittel
11: Erster Rotorsatz
12: Zweiter Rotorsatz
13: Erstes Innenzahnrad
14: Erstes Außenzahnrad
15: Zweites Innenzahnrad
16: Zweites Außenzahnrad
20: Zwischenplatte
21: Erste Endplatte
22: Zweite Endplatte
23: Kanal
24: Kanal
25: Saugzone
26: Druckzone
27: Durchbruch
33: Lagerung
34: Lagerung

Claims

Verdrängereinheit (1) aufweisend ein Gehäuse (2), eine Antriebswelle (9), einen Einlass (3), einen Auslass (4) und ein Verdrängungsmittel (10), wobei der Einlass (3) mit mindestens einer Saugzone (25) des Verdrängungsmittels (10) fluidisch verbunden ist und wobei der Auslass (4) mit mindestens einer Druckzone (26) des Verdrängungsmittels (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungsmittel (10) aus einem ersten Rotorsatz (11) und einem zweiten Rotorsatz (12) besteht, wobei der erste Rotorsatz (11) ein erstes Innenzahnrad (13) und ein erstes Außenzahnrad (14) aufweist und wobei der zweite Rotorsatz (12) ein zweites Innenzahnrad (15) und ein zweites Außenzahnrad (16) aufweist, und wobei der zweite Rotorsatz (12) und eine zugehörige Lagerung (34) des zweiten Außenzahnrads (16) zu dem ersten Rotorsatz (11) und seiner zugehörigen Lagerung (33) des ersten Außenzahnrads (14) um einen Winkel zwischen 150° und 210°, vorzugsweise um 180°, um die Mittellinie der gemeinsamen Antriebswelle (9) verdreht angeordnet ist, und wobei die Lagerungen (33, 34) in dem Gehäuse (2) angeordnet sind, und wobei zwischen dem ersten Rotorsatz (11) und dem zweiten Rotorsatz (12) ein Zwischenplattenmittel (20) angeordnet ist.
Verdrängereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotorsatz (12) eine Dicke aufweist, die zwischen dem 0,5-fachen und dem 1,5-fachen der Dicke des ersten Rotorsatzes (11) beträgt, vorzugsweise weisen beide Rotorsätze dieselbe Dicke auf.
Verdrängereinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenplattenmittel (20) aus einem Bauteil besteht und Kanäle (23, 24) enthält, wobei der erste Kanal (23) eine Saugzone (25) des ersten Rotorsatzes (11) mit einer Saugzone (25') des zweiten Rotorsatzes (12) miteinander fluidisch verbindet und wobei der zweite Kanal (24) eine Druckzone (26) des ersten Rotorsatzes (11) mit einer Druckzone (26') des zweiten Rotorsatzes (12) miteinander fluidisch verbindet.
Verdrängereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenplattenmittel (20) aus zwei Platten besteht, die um 180° zueinander verdreht angeordnet und im Gehäuse (2) drehfest befestigt sind.
Verdrängereinheit (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotorsätze (11, 12) auf ihrer von dem Zwischenplattenmittel (20) abgewandten Seite jeweils von einer Endplatte (21, 22) benachbart sind, die auf ihrer von dem jeweiligen Rotorsatz (11, 12) abgewandten Seite mindestens teilweise mit dem Druck des Auslasses (4) beaufschlagt sind, wobei die Rotorsätze (11, 12) von der jeweils benachbarten Endplatte (21, 22) mindestens auf einem Teil der Endplattenfläche metallisch dynamisch abgedichtet sind.
Verdrängereinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endplatte (21) und die zweite Endplatte (22) in einer Teilfläche, die eine mit dem Auslass (4) verbundene Zone des jeweils benachbarten Rotorsatzes (11, 12) abdichten, jeweils einen Durchbruch (27, 27') aufweisen, wobei die Durchbrüche (27, 27') jeweils die Druckzone (26, 26') des Rotorsatzes (11, 12) mit der von dem jeweiligen Rotorsatz abgewandte Seite der Endplatte (21, 22) fluidisch vollständig oder teilflächig verbinden.
Verdrängereinheit (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenplattenmittel (20) drehfest, jedoch axial schwimmend zwischen den Rotorsätzen (11, 12) gelagert ist, wobei nur einer der Rotorsätze (11, 12) von einer Endplatte (21) benachbart ist, und wobei die Endplatte (21) auf ihrer von dem betreffenden Rotorsatz (11 oder 12) abgewandten Seite mindestens teilweise mit dem Druck des Auslasses (4) beaufschlagt ist.
Verdrängereinheit (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (21) in einer Teilfläche, die eine mit dem Auslass (4) verbundene Druckzone (26) des benachbarten Rotorsatzes (11 oder 12) abdichtet, jeweils einen Durchbruch (27) aufweist, wobei der Durchbruch (27) jeweils die Druckzone (26) des Rotorsatzes (11 oder 12) mit der von dem Rotorsatz abgewandte Seite der Endplatte (21) vollständig oder teilflächig fluidisch verbindet.
Verdrängereinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenplattenmittel (20) sowohl den Einlass (3) als auch den Auslass (4) der Gerotorpumpe (1) mindestens teilweise aufnimmt.
Verdrängereinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotorsatz (12) zu dem ersten Rotorsatz (11) zusätzlich zu einer Verdrehung um 180° um plus oder minus eine halbe Zahnteilung der beiden Innenzahnräder (13, 15) verdreht angeordnet ist.