DE19651683A1 - Füllstücklose Innenzahnradpumpe - Google Patents
Füllstücklose InnenzahnradpumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine füllstücklose Innenzahnradpumpe
mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Bei einer bekannten Innenzahnradpumpe dieser Art (DE 195 17 296 A1)
ist der Lagerring, in dem das Hohlrad umläuft, in
einer Gehäusebohrung mit einem Radialspiel von etwa 0,2 mm
aufgenommen. Im Ausmaß dieses Radialspiels ist der
Lagerring quer zu seiner Achse bewegbar, jedoch durch eine
Stiftschraube, die auf der Saugseite des Gehäuses
angeordnet ist, an einer Drehung gehindert. Auf der
Druckseite ist in der Wand der Gehäusebohrung eine flache
Ausnehmung ausgebildet, in der eine Anzahl von Druckfeldern
definiert ist, die über radiale Durchbrüche des Lagerrings
sowie radiale Durchbrüche des Hohlrads mit dem Druckraum
der Verzahnung in Verbindung stehen.
Die im Druckraum der Verzahnung herrschenden Druckkräfte
wirken so, daß das Hohlrad sich von dem Ritzel zu entfernen
sucht. Dadurch besteht die Neigung, daß der zur Abgrenzung
des Druckraums vom Saugraum bestehende Dichtkontakt
zwischen den Zahnköpfen von Ritzel und Hohlrad in dem
eingriffsfreien Hohlradbereich, in welchem die Ritzelzähne
praktisch völlig aus den Zahnlücken des Hohlrads
ausgetreten sind, abnimmt oder ganz verloren geht. Dieser
Neigung wirkt jedoch die von den Druckfeldern erzeugte
Druckkraft entgegen, durch die der Lagerring und zusammen
mit diesem das Hohlrad im Rahmen des zur Verfügung
stehenden Radialspiels zur Saugseite hin verschoben wird.
Aufgrund dieser Bewegbarkeit des Lagerrings mit dem Hohlrad
wird proportional zu dem auf der Druckseite herrschenden
Druck der Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen von Ritzel
und Hohlrad aufrecht erhalten.
Die Ausbildung von Druckfeldern in einer Ausnehmung des
Gehäuses und deren Verbindung mit dem Druckraum der
Verzahnung ist relativ aufwendig und erhöht daher die
Herstellungskosten der Innenzahnradpumpe. Darüberhinaus
bilden die auf der Druckseite in dem Lagerring vorgesehenen
Durchbrüche, über welche die Druckfelder mit Druck
beaufschlagt sind, bezüglich der Beanspruchung und
Verformung des Lagerrings eine Inhomogenität, die den
Umlauf des Hohlrades im Lagerring beeinträchtigen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Innenzahnradpumpe
dieser Art zu schaffen, die bei einwandfreier Funktion
einfacher aufgebaut ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine
Gestaltung der gattungsgemäßen Innenzahnradpumpe gemäß dem
Kennzeichen des Patentanspruches 1.
Auch bei der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe ist der
Lagerring mit einem Radialspiel (beispielsweise von 0,2 mm)
in der Gehäusebohrung aufgenommen, jedoch nicht darin
verschiebbar, sondern um eine achsparallele Schwenkachse
innerhalb der Gehäusebohrung schwenkbar. Die Schwenkachse
ist so gelegt, daß einerseits der dem eingriffsfreien
Hohlradbereich zugeordnete Ringabschnitt - und damit der
eingriffsfreie Hohlradbereich selbst - bei der
Schwenkbewegung des Lagerrings sich möglichst radial
bezüglich der Ritzelachse bewegt. Dadurch werden die
Zahnköpfe von Ritzel und Hohlrad im eingriffsfreien
Hohlradbereich gegeneinander zum Dichtkontakt beaufschlagt.
Eine solche Bewegungsrichtung wird am besten erreicht, wenn
die Schwenkachse bezüglich des eingriffsfreien
Hohlradbereichs grob angenähert um einen rechten Winkel auf
dem Umfang versetzt liegt. Andererseits muß die
Schwenkachse aber auch so bezüglich der Resultierenden R
der im Druckraum herrschenden hydraulischen Kräfte liegen,
daß diese um die Schwenkachse ein Drehmoment erzeugt,
welches die Annäherung der Zahnköpfe von Ritzel und Hohlrad
im eingriffsfreien Hohlradbereich bewirkt. Die günstigste
Lage für die Schwenkachse ist somit auf der Seite des
Druckraums zwischen der Linie der Resultierenden R der
hydraulischen Kräfte und dem dem eingriffsfreien
Hohlradbereich zugeordneten Ringabschnitt des Lagerrings,
wobei besonders bevorzugt die Schwenkachse der Linie der
Resultierenden R näher als dem dem eingriffsfreien
Hohlradbereich zugeordneten Ringabschnitt liegt.
Im Unterschied zu der eingangs beschriebenen bekannten
Innenzahnradpumpe bedarf es somit keines auf den Lagerring
wirkenden Druckfelds, durch das der Lagerring zusammen mit
dem Hohlrad gegen die im Druckraum herrschenden Kräfte
abgestützt ist, um den durch die Verzahnungsgeometrie
gegebenen Dichtkontakt der Zahnköpfe im eingriffsfreien
Hohlradbereich aufrecht zu erhalten. Vielmehr werden die im
Druckraum herrschenden Druckkräfte selbst dazu
herangezogen, über das Hohlrad den Lagerring um die
Schwenkachse so zu schwenken, daß der eingriffsfreie
Hohlradbereich nachgeführt und proportional zur Größe der
herrschenden Druckkräfte der Dichtkontakt beibehalten wird.
Die Schwenklagerung des Lagerrings ist auf unterschiedliche
Weise realisierbar, zum Beispiel durch an dem Lagerring
selbst vorgesehene Lagerzapfen, die in entsprechende
Ausnehmungen des Gehäuses eingreifen. Vorteilhafter und
einfacher ist jedoch eine Schwenklagerung des Lagerrings
durch einen im Gehäuse fixierten Lagerstift, der mit einem
Teil seiner Umfangsfläche als Lagerfläche in einer Axialnut
am Außenumfang des Lagerrings liegt. Da der Lagerring durch
die im Druckraum herrschenden Kräfte bei der vorstehend als
zweckmäßig geschilderten Ausführungsform mit der Axialnut
gegen den Lagerstift gedrückt wird, ist die
teilzylindrische Axialnut in ihren Abmessungen auf den
Lagerstift so abgestimmt, daß eine möglichst gleichmäßige
Flächenpressung auftritt. Der Lagerstift verhindert
zugleich eine Drehung des Lagerrings in der Gehäusebohrung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt längs der Linie I-I in Fig. 2
und,
Fig. 2 einen Axialschnitt längs der Linie II-II in Fig.
1.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Innenzahnradpumpe
umfaßt ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes Gehäuse, das aus
einem topfförmigen Gehäuseteil 11 und einem an dessen
Stirnseite befestigten Gehäusedeckel 12 aufgebaut ist. In
dem topfförmigen Gehäuseteil 11 ist eine Ritzelwelle 14
drehbar gelagert, auf der ein Ritzel 2 drehfest befestigt
ist. Das Ritzel 2 kämmt mit einem Hohlrad 3, das in einem
Lagerring 4 aufgenommen und darin drehbar gelagert ist. Das
Ritzel 2 und das Hohlrad 3 sind, wie aus Fig. 1 hervorgeht,
relativ zueinander mit einer Exzentrizität e gelagert. Die
Exzentrizität e, d. h. der Abstand zwischen der Ritzelachse
und der Hohlradachse, entspricht der theoretischen
Verzahnungsgeometrie von Ritzel und Hohlrad und setzt
spiel freies Abwälzen bzw. Gleiten der Verzahnungen
aneinander voraus. Die Verzahnungen des Ritzels 2 und des
Hohlrads 3 kämmen in einer Weise miteinander, daß auf der
linken Seite in Fig. 1 im Bereich der Trennlinie A die
Zähne des Ritzels 2 voll in die Zahnlücken des Hohlrads 3
eingreifen und an den Zahnflanken anliegen, während sie auf
der gegenüberliegenden, in Fig. 1 rechten Seite ganz aus
den Zahnlücken des Hohlrads 3 ausgetreten sind. In diesem
eingriffsfreien Hohlradbereich E stützen sich mehrere der
Zahnköpfe des Ritzels 2 und des Hohlrads 3 (in dem
gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils 3 Zahnköpfe)
nacheinander im Verlauf der Umdrehung aufeinander ab. Die
Zähnezahlen und die Geometrie der miteinander kämmenden
Verzahnungen sind so gewählt, daß diese Art des Kämmens
bewirkt werden kann. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Zahnflanken als Evolventen-Kurven gebildet, wobei
die Zahnköpfe zur Erzielung eines Wälz- und Gleitkontakts
zum Zweck der Abdichtung gerundet sind. Die Zähnezahl des
Hohlrads 3 unterscheidet sich von derjenigen des Ritzels 2
um 1.
Bei der Drehung des Ritzels 2 in der durch Pfeil
angedeuteten Richtung vergrößert sich der frei werdende
Zahnlückenraum, ausgehend von dem vollen Eingriff der
Ritzelverzahnung in die Hohlradverzahnung über der
Trennlinie A, zunehmend bis zum Erreichen des aus Fig. 1
ersichtlichen Zustandes beim erneuten Überschreiten der
Trennlinie A (auf der rechten Seite in Fig. 1). Hierdurch
ist über der Trennlinie der Saugraum S der
Innenzahnradpumpe gebildet. Unter der Trennlinie verringert
sich der freie Zahnlückenraum wieder zunehmend, so daß
dadurch der Druckraum D gebildet ist. In Fig. 1 sind der
Saugraum S und der Druckraum D in ihrer Projektion
angedeutet; es versteht sich jedoch, daß der Saugraum S und
der Druckraum D sich jeweils in Umfangsrichtung innerhalb
der Verzahnung erstrecken.
Der Lagerring 4 ist in einer Gehäusebohrung 15 des
topfförmigen Gehäuseteils 11 mit einem Radialspiel von etwa
0,2 mm aufgenommen. Die Wand der Gehäusebohrung 15 wird
teilweise von einem Lagerstift 16 durchsetzt, der in den
Boden der Gehäusebohrung 15 fest eingepreßt ist. Mit dem
über die Wand der Gehäusebohrung 15 überstehenden
weitgehend halbzylindrischen Teil des Lagerstifts 16 ist
dieser in einer axial gerichteten Nut 17 des Lagerrings 4
aufgenommen. Die Axialnut 17 ist der Form des Lagerstifts
16 angepaßt und ebenfalls teilzylindrisch.
Der in die Axialnut 17 eingreifende Lagerstift 16 bildet
für den Lagerring 4 eine zu den Achsen von Ritzel 2 und
Hohlrad 3 parallel verlaufende Schwenkachse, um welche der
Lagerring 4 im Rahmen des zur Verfügung stehenden
Radialspiels in der Gehäusebohrung 15 schwenkbar ist. Wie
aus Fig. 1 hervorgeht, liegt diese Schwenkachse in einem
Quadrant des Lagerrings 4, der sich zwischen dem
eingriffsfreien Hohlradbereich E und der Mitte des
Druckraums D erstreckt. In dem gezeigten
Ausführungsbeispiel befindet sich die Schwenkachse in einem
Winkelabstand von etwa 80° von dem Scheitelpunkt des
eingriffsfreien Hohlradbereichs E. In diesem Scheitelpunkt
stehen zwei Zähne von Ritzel und Hohlrad mit ihren
Zahnköpfen weitgehend zueinander ausgerichtet aufeinander.
Die Wirkungsweise der Innenzahnradpumpe gemäß den Fig. 1
und 2 ist folgende:
Bei Drehung des Ritzels 2 in der gezeigten Drehrichtung wird Fördermedium durch einen nicht gezeigten Saugkanal in den Saugraum S zwischen den Verzahnungen des Ritzels 2 und des Hohlrads 3 eingefördert. Aus dem Druckraum D wird das Fördermedium mit erhöhtem Druck durch einen nicht gezeigten Druckkanal gedrückt. Der diesbezügliche Aufbau einer Innenzahnradpumpe ist hinreichend bekannt und bedarf daher hier keiner gesonderten Erläuterung.
Bei Drehung des Ritzels 2 in der gezeigten Drehrichtung wird Fördermedium durch einen nicht gezeigten Saugkanal in den Saugraum S zwischen den Verzahnungen des Ritzels 2 und des Hohlrads 3 eingefördert. Aus dem Druckraum D wird das Fördermedium mit erhöhtem Druck durch einen nicht gezeigten Druckkanal gedrückt. Der diesbezügliche Aufbau einer Innenzahnradpumpe ist hinreichend bekannt und bedarf daher hier keiner gesonderten Erläuterung.
Die im Druckraum D herrschenden Druckkräfte zwischen den
miteinander kämmenden Verzahnungen wirken längs einer
Resultierenden R so, daß das Hohlrad 3 sich von dem Ritzel
2 zu entfernen sucht, d. h. es besteht die Neigung, daß der
aufgrund der Verzahnungsgeometrie vorhandene Kontakt
zwischen den Zähnen von Ritzel 2 und Hohlrad 3,
insbesondere der Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen in
dem eingriffsfreien Hohlradbereich E, verloren geht. Die
durch den Lagerstift 16 bzw. dessen Eingriff in die
Axialnut 17 gebildete Schwenkachse des Lagerrings 4 liegt
jedoch dem eingriffsfreien Hohlradbereich E näher als die
Linie der Resultierenden R. Da die Resultierende R über
das Hohlrad 3 auf den Lagerring 4 wirkt, entsteht somit ein
Drehmoment um die Schwenkachse 16, 17 in Fig. 1 im
Gegenuhrzeigersinn. Durch dieses Drehmoment wird der
Lagerring 4 um die Schwenkachse 16, 17 geschwenkt, wodurch
der dem eingriffsfreien Hohlradbereich E entsprechende
Ringabschnitt annähernd radial bezüglich der Ritzelachse
und zu dieser hin bewegt wird. Folglich werden in dem
eingriffsfreien Hohlradbereich E die Zahnköpfe von Ritzel 2
und Hohlrad 3 mit einer der Größe der Resultierenden R
proportionalen Kraft gegeneinander bewegt. Dadurch ist der
Dichtkontakt in diesem Verzahnungsbereich druckproportional
aufrecht erhalten.
Der Lagerring 4 weist an einer Stelle, die dem
Scheitelpunkt des eingriffsfreien Hohlradbereichs E
zugeordnet ist, eine weitere Axialnut 18 mit einem
Rechteckquerschnitt an seinem Außenumfang auf. Dieser
Axialnut 18 ist in dem Boden der Gehäusebohrung 15 eine
Aufnahmebohrung 19 zugeordnet, in der eine Haarnadelfeder
20 gehalten ist. Die Haarnadelfeder 20 ragt in die Axialnut
18 und belastet den Lagerring 4 radial so, daß die Zähne
des Hohlrads 3 in dem eingriffsfreien Hohlradbereich E mit
ihren Zahnköpfen gegeneinander gedrückt werden. Diese
Belastungsrichtung entspricht weitgehend der
Bewegungsrichtung, die der Lagerring 4 infolge der
Schwenkbewegung um die Schwenkachse 16, 17 ausführt. Die
Kraft der Haarnadelfeder 20 kann relativ gering gehalten
werden, da sie lediglich dazu dient, den notwendigen
Dichtkontakt zwischen den Zahnköpfen in dem eingriffsfreien
Hohlradbereich E beim Anlaufvorgang der Innenzahnradpumpe
zu gewährleisten, d. h. zu einer Zeit, in der im Druckraum
D noch kein Betriebsdruck aufgebaut ist und daher auch noch
keine Druckkräfte wirken.
Die Lage und Richtung der Resultierenden R ist weitgehend
vorherbestimmbar und entspricht im wesentlichen der in Fig.
1 eingezeichneten. Der Druckaufbau in dem Druckraum D läßt
sich in bekannter Weise durch Vorfüllschlitze an den Zähnen
von Ritzel 2 und/oder Hohlrad 3 beeinflussen, so daß z. B.
über die Zahnlücken des Druckraums D hinweg ein weitgehend
gleicher Druck besteht. In diesem Fall steht die
Resultierende R senkrecht auf der in Fig. 1 ausgezogen
dargestellten Linie, die den Scheitelpunkt des
eingriffsfreien Hohlradbereichs E mit dem Ritzelzahn bei
vollem Eingriff in eine Zahnlücke des Hohlrads verbindet.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausbildung der
Innenzahnradpumpe gemäß dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es grundsätzlich
möglich, anstelle der für Ritzel und Hohlrad gewählten
Evolventenverzahnung mit abgerundeten Zahnköpfen eine
Trochoiden- oder Zykloidenverzahnung zu wählen. Weiterhin
kann die Innenzahnradpumpe, insbesondere bei höheren
Betriebsdrücken, in bekannter Weise mit axialen
Druckplatten ausgestattet sein. Schließlich kann an dem
Lagerring 4 auch spiegelbildlich zu der Trennlinie A eine
der Axialnut 17 entsprechende Axialnut vorgesehen sein für
den Fall, daß die Innenzahnradpumpe für beide
Drehrichtungen des Ritzels 2 ausgelegt sein soll. In diesem
Fall würde der Lagerstift 16 entsprechend versetzt im
Gehäuse 1 angeordnet sein.
Claims (7)
1. Füllstücklose Innenzahnradpumpe mit einem Gehäuse (1)
einem in einer Bohrung (15) des Gehäuses quer zu
seiner Achse bewegbar, jedoch undrehbar aufgenommenen
Lagerring (4), einem in dem Lagerring umlaufend
gelagerten innenverzahnten Hohlrad (3) und einem in
dem Gehäuse drehbar gelagerten, mit dem Hohlrad
kämmenden Ritzel (2), dessen Zähne durch einen vollen
Eingriff in Zahnlücken des Hohlrads, einerseits, und
einen Dichtkontakt mit den Zahnköpfen des Hohlrads in
einem dem Zahnlückeneingriff annähernd diametral
gegenüberliegenden eingriffsfreien Hohlradbereich
(E), andererseits, einen Saugraum (S) und einen
Druckraum (D) der Verzahnung definieren,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lagerring (4) relativ zu der Bohrung (15) um
einen zu seiner Achse parallele Schwenkachse (16,17)
schwenkbar ist und daß die Schwenkachse derart
angeordnet ist, daß der dem eingriffsfreien
Hohlradbereich (E) zugeordnete Ringabschnitt des
Lagerrings (4) durch die im Druckraum (D) auf das
Hohlrad (3) wirkenden Druckkräfte zumindest annähernd
radial zur Ritzelachsel hin bewegt wird.
2. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenkachse (16,17) auf der Seite des
Druckraums (D) zwischen der Linie der Resultierenden
(R) der Druckkräfte und dem dem eingriffsfreien
Hohlradbereich (E) zugeordneten Ringabschnitt des
Lagerrings liegt.
3. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenkachse näher an der Linie der
Resultierenden (R) als an dem dem eingriffsfreien
Hohlradbereich (E) zugeordneten Ringabschnitt liegt.
4. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenkachse am Außenumfang des Lagerrings
angeordnet ist.
5. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenkachse durch einen gehäusefesten
Lagerstift (16) gebildet ist, der mit seiner
Umfangsfläche teilweise in einer Axialnut (17) der
Außenumfangsfläche des Lagerrings aufgenommen ist.
6. Innenzahnradpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der dem eingriffsfreien Hohlradbereich (E)
zugeordnete Ringabschnitt radial zur Ritzelwelle hin
federbelastet ist.
7. Innenzahnradpumpe nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der dem eingriffsfreien Hohlradbereich (E)
zugeordnete Ringabschnitt am Außenumfang eine
Axialnut (18) aufweist, in die eine am Gehäuse (1)
abgestützte Biegefeder (20) eingreift.
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