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Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe mit einem feststehenden,
innenverzahnten Zahnkranz und einem darin kreisenden, außenverzahnten Zahnrad, dessen
Zähnezahl um eins geringer ist als diejenige des Zahnkranzes, so daß die Zähne von
Zahnrad und Zahnkranz auf der einen Seite im Eingriff und auf der gegenüberliegenden
Seite Kopf auf Kopf stehen, während das Innenzahnrad durch einen in ihm drehenden
Exzenter der Antriebswelle zu einer kreisenden Bewegung mit geringer Relativbewegung
im Zahnkranz angetrieben wird.
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Bei einer bekannten Pumpe dieser Art ist das Zahnrad mittels einer
dünnwandigen Lagerbuchse auf dem Exzenter gelagert und dabei immer zentrisch zu
diesem angeordnet. Zwischen der Innenverzahnung des Zahnkranzes und den Zähnen des
Zahnrades werden Kammern gebildet, welche sich auf der einen Seite der durch die
Achse der Antriebswelle und den Exzentermittelpunkt bestimmten Ebene ständig vergrößern
und auf der anderen Seite dieser Ebene ständig verkleinern. Wenn man nun einen Steuerspiegel
vorsieht, welcher die Kammern auf der einen Seite mit einer Saugleitung und auf
der anderen Seite mit einer Druckleitung verbindet, dann wird bei Antrieb der Welle
Flüssigkeit aus der Saug-Leitung angesaugt und in die Druckleitung gefördert. Die
mit einer Pumpe dieser Art erzielbaren Drücke hängen nun von der Dichtigkeit ab,
mit welcher die Zähne der Innenverzahnung des Zahnrades aufeinanderliegen. Da es
sich hier um eine zwangsschlüssige Führung des Zahnrades in der Innenverzahnung
des äußeren Ringes handelt, wird diese Dichtigkeit durch die Genauigkeit der Passung
bestimmt. Nun sitzt das innere Zahnrad aber außerdem auf der Antriebswelle, so daß
eine kinematische überbestimmung vorliegt, welche zu Verklemmungen führen kann,
wenn man nicht relativ große Toleranzen vorsieht.
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Ferner sei noch eine bekannte Zahnradverdrängermaschine mit einem
feststehenden, innenverzahnten Zahnkranz und einem darin abwälzend kreisenden, außenverzahnten
Zahnrad erwähnt, bei welcher das Zahnrad mit einer hohlen Antriebswelle über eine
Gelenkwelle verbunden ist. Diese Gelenkwelle überträgt das an dem Zahnrad wirkende
Drehmoment auf die hohle Antriebs- oder Abtriebswelle und gibt ihm die Freiheit,
dieser gegenüber mit einer seiner Zähnezahl entsprechenden vielfachen Drehzahl sich
um die Achse des Zahnringes zu bewegen. Das Zahnrad ist hierbei überbestimmungsfrei
gelagert. Die auf der Druckseite wirkenden Ölkräfte drücken das Zahnrad in die Verzahnung
und lassen dabei ein mit der kleinen Exzentrizität, mit der dieses Zahnrad im äußeren
Hohlrad läuft, verbundenes Drehmoment wirksam werden, das als reines Moment durch
die Gelenkwelle weitergeleitet wird. Die dabei auftretenden großen Kräfte müssen
von der Verzahnung übertragen werden. Im Pumpenbetrieb bedeutet das, daß die Gelenkwelle
das Zahnrad durch Aufbringen des Drehmomentes innerhalb der Verzahnung gegen den
Öldruck anpreßt. Der Wirkungsgrad der Anlage ist dabei ungünstig. Es handelt sich
hier um eine Maschine, die in sich als Getriebe wirkt und speziell für Anwendungsfälle
gedacht ist, bei der die Antriebs- oder Abtriebswelle mit relativ geringer Drehzahl
rotiert. Zur Zu- und Ableitung der Flüssigkeit zu und von den Zahnkammern wird ein
Drehschieber benötigt, der sehr viele Nuten aufweist, von denen abwechselnd die
eine mit der Saugseite, die nächste mit der Druckseite der Maschine verbunden ist,
was bezüglich einer guten Dichtung des Drehschiebers im Gehäuse sehr problematisch
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Pumpe der eingangs
erwähnten Art durch Vermeidung einer kinematischen bzw. konstruktiven Oberbestimmung
eine genauere Passung zwischen Innenzahnrad und Zahnkranz zu ermöglichen und dadurch
höhere Drücke zu erzielen, ohne auf eine kompakte Pumpenkonstruktion verzichten
zu müssen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß auf
dem Exzenter, dessen um die Drehachse des Zahnkranzes kreisende Exzenterachse nicht
mit der Dreh- bzw. Schwerachse des Zahnrades zusammenfällt, ein Exzenterring und
auf diesem Exzenterring das Zahnrad drehbar gelagert ist, wobei der Exzenterring
nur innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches relativ zu dem Exzenter verdreht
werden kann. Bei dieser Anordnung gestattet die zweifach exzentrische Lagerung des
inneren Zahnrades -eine Ausrichtung dieses Zahnrades nach der Innenverzahnung. Es
wird ein zusätzlicher Freiheitsgrad geschaffen und dadurch die überbestimmung und
Verklemmungsmöglichkeit vermieden. Das innere Zahnrad kann vielmehr entsprechend
dem Ablaufvorgang in der Innenverzahnung seinen Exzenterpunkt frei einstellen, ohne
daß es vom Antrieb her gestört wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und im folgenden beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Darstellung
einer erfindungsgemäßen Pumpe, bei welcher einige Teile gebrochen dargestellt sind,
F i g. 2 einen Querschnitt und F i g. 3 einen Längsschnitt der Pumpe, F i g. 4 eine
perspektivische Darstellung des Exzenterringes und F i g. 5 und 6 in schematischer
Vereinfachung die kinematischen Kräfteverhältnisse bei der Pumpe nach F i g.1 bis
3.
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Mit 1 ist ein gehäusefester Außenring bezeichnet, welcher eine Innenverzahnung
2 mit kurvenförmig geformten Zähnen aufweist. Mit der Innenverzahnung 2 kämmt, an
dieser gleichsam abrollend, ein außenverzahntes Zahnrad 3, das entsprechend kurvenförmige
Zähne besitzt. Das Zahnrad 3 weist eine um eins geringere Anzahl von Zähnen als
der Ring 1 auf. Die Zähne sind so ausgebildet, daß das Zahnrad 3 an einer Stelle
4 mit der Innenverzahnung 2 im tiefen Eingriff steht, während die Zähne an der gegenüberliegenden
Stelle 5 Kopf auf Kopf stehen. Das Zahnrad 3 ist daher vollkommen zwangsschlüssig
in der Innenverzahnung 2 geführt. Bei einer Abwälzung des Zahnrades 3 gegenüber
der Innenverzahnung 2 erfolgt eine langsame Verdrehung des Zahnrades 3. Wenn das
Zahnrad 3 einmal an dem gesamten Umfang des Ringes 1 abgerollt ist, ist es um eine
Zahnbreite verdreht worden. In dem dargestellten Beispiel verhalten sich die Zähnezahlen
wie 13: 14. Das Zahnrad 3 macht somit eine volle Umdrehung, wenn es sich
dreizehnmal an dem Zahnkranz 2 abgewälzt hat. Das Zahnrad 3 ist auf einem Exzenterring
6 gelagert, dessen Bohrung oder Innenumfangsffäche 7 (F i g. 4) exzentrisch zu seiner
Außenumfangs-
oder Mantelfläche 8 liegt, auf welcher das Zahnrad 3 gleitet.
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Mit seiner Bohrung 7 ist der Ring 6 auf einem Exzenter 9 gelagert,
der um eine zur Innenverzahnung 2 des Außenringes 1 zentrische Achse 10 umläuft.
Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, weist der Exzenter 9 innen eine zylindrische Lagerfläche
11 auf, mit welcher er auf einer Welle oder einem hohlen Zapfen 31 gelagert werden
kann. Durch den Zapfen 31 hindurch wird die Druckflüssigkeit abgeführt. Über einen
Kragen bzw. ein Hohlwellenstück 12 mit Kupplungskeilen 13 kann der Exzenter 9 von
außen angetrieben werden. Nach der Seite hin sind die Pumpenkammern durch ringförmige
Gehäuseteile 14, 15 abgedichtet.
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Das Zahnrad 3 weist zwischen den einzelnen Zähnen radiale Durchbrüche
16 auf (F i g. 2). Der Exzenterring 6 besitzt halbmondförmige Ausnehmungen 17, 18,
so daß seine Mantelfläche 8 einen Steuerspiegel bildet, in welchen die Durchbrüche
16 münden. Die Ausnehmung 17 steht über axiale Bohrungen 19 (F i g. 4) mit einem
Ringraum 20 in Verbindung, aus welchem die Förderflüssigkeit angesaugt werden soll,
und bildet die Saugseite des Steuerspiegels. Die Ausnehmung 18 ist durch radiale
Bohrungen 21 mit einer halbmondförmigen Ausfräsung 22 des Exzenters 9 verbunden.
Diese steht wieder durch radiale Kanäle 23 des Exzenters mit zentralen, die Druckflüssigkeit
abführenden Leitungswegen in Verbindung, die hier, abgesehen vom hohlen Zapfen 31,
nicht dargestellt sind und deren Konstruktion sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall
richtet.
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Beim Antrieb des Exzenters 9 wälzt sich das Zahnrad 3 an der Innenverzahnung
2 ab, in dem Maße, wie sich die durch die Drehachsen von Ring 1 und Exzenterring
6 bestimmte Ebene A-A- dreht. Bei einer Drehung im Uhrzeigersinn (Pfeil 24 in F
i g. 2) werden die Kammern zwischen den Zähnen des Zahnrades 3 und der Innenverzahnung
2 rechts von der Ebene A-A- verkleinert, links davon vergrößert. In die linken Kammern
wird also Flüssigkeit angesaugt, aus den rechten Kammern wird die Druckflüssigkeit
herausgepreßt. Es ist zu beachten, daß sich die Ausdrücke »rechts« und »links« auf
den augenblicklichen in F i g. 2 dargestellten Zustand beziehen. Die Ebene A-A-
rotiert ja mit dem Exzenter 9 und dem Exzenterring 6. Mit der Ebene A-A- dreht sich
auch der Steuerspiegel, welcher ja auf dem Exzenterring 6 vorgesehen ist. So bleibt
die Ausnehmung 17 über die Kanäle 1.6 stets mit Kammern in Verbindung, die ihr Volumen
vergrößern, während die Ausnehmung 18 ständig mit sich verkleinernden Kanälen verbunden
bleibt. Es wird dann also durch die Öffnungen 19 Öl aus dem Raum 20 in die Ausnehmung
17 und die »linken« saugseitigen Kammern angesaugt, und dieses Öl wird dann
bei Weiterdrehen des Exzenters 9, 6 in die Ausnehmung 18, durch die Kanäle 21, die
Ausnehmung 22 und die Kanäle 23 nach innen zum hohlen Zapfen 31 und weiteren (nicht
dargestellten) Leitungswegen verdrängt.
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Der Exzenter 9 und der Exzenterring 6 haben zusammen die gleiche Wirkung
wie eine Kurbel, die in F i g. 5 oder 6 dargestellt ist, wenn man sich vorstellt,
daß die Kurbel 9' in Pfeilrichtung 27 angetrieben wird und das Zahnrad 3 bei 8'
gelagert ist. Man sieht, daß der Abstand a veränderlich ist, so daß das Zahnrad
einen zusätzlichen Freiheitsgrad erhält. Es kann sich also an die Innenverzahnung
anpassen, ohne daß seine Lagerung auf dem Doppelexzenter 6,9
dabei stört.
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Wenn keine Reibung vorhanden wäre, dann könnte man den Exzenter 9
und den Exzenterring 6 so ausbilden, daß sich die in F i g. 5 veranschaulichten
Verhältnisse ergeben. Der Öldruck auf der Druckseite des Steuerspiegels (Ausnehmung
18) übt eine Kraft P senkrecht zur Ebene A-A-, also senkrecht zur Verbindungsebene
der Mittelachse 25 von Ring 1 (Drehachse des Exzenters 9) und der Mittelachse 26
des Exzenterringes 6 (Mittelachse des Zahnrades 3) aus. Diese Kraft P würde bei
vernachlässigbarer Reibung bei der Anordnung nach F i g. 5 in die Längsrichtung
des Hebels 6' fallen.
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Andere Verhältnisse ergeben sich, wenn man die Reibung berücksichtigen
muß. Bei Drehung des Exzenters im Uhrzeigersinn (Pfeile 27) übt die Reibung eine
Kraft P' aus, welche ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn zur Folge hat und
welche dem Anpreßdruck P proportional ist. Mit dieser Kraft würden bei einer Anordnung
nach F i g. 5 die Zähne an der Stelle 5 (F i g. 2) Kopf auf Kopf gepreßt. Wenn auch
ein gewisser Anpreßdruck zwischen den Zähnen an der Stelle 5 erwünscht ist, um eine
gute Abdichtung zwischen Druck- und Saugseite zu erhalten, so kann doch bei übermäßiger
Anpressung ein unerwünschter Verschleiß eintreten. In F i g. 6 ist daher der Hebel
6' etwas geneigt, so daß die Verbindungslinien der Mittelpunkte von Innenverzahnung
und Exzenterring einerseits und von Exzenterring und Exzenter andererseits einen
stumpfen Winkel einschließen. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Resultierende
R von P und P' wieder in die Längsrichtung des Hebels 6' fällt. In diesem Falle
würde kein Anpreßdruck auftreten. Man kann natürlich durch geeignete Neigung des
Hebels 6' auch einen gewissen Anpreßdruck zwischen den Zähnen übriglassen. Man könnte
auch, wenn erwünscht, den Hebel 6' nach der anderen Seite neigen, um eine besonders
starke Anpressung des Zahnrades 3 an die Innenverzahnung 2 zu erreichen.
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Zur Auswuchtung des exzentrischen Zahnrades 3 ist der Exzenterring
auf der einen Seite mit seitlichen Fortsätzen 28 (F i g. 3 und 4) versehen.