DE4338875A1 - Reversierbare Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor) - Google Patents
Reversierbare Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor)Info
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Description
Die Erfindung geht aus von einer reversierbaren Innenzahnradma
schine, die als Pumpe oder als Motor eingesetzt werden kann und
die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist.
Eine solche Innenzahnradmaschine ist aus der DE 23 18 753 C2 be
kannt. Bei dieser Maschine ist in dem sichelförmigen Freiraum
zwischen dem außenverzahnten Ritzel und dem innenverzahnten
Hohlrad symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen der beiden
Zahnräder auf gespannten Mittelebene ein sichelförmiges Füllstück
angeordnet, das einstückig ausgebildet ist. Das Füllstück ist
unverrückbar im Gehäuse befestigt und besitzt nahe seinen beiden
in seiner Längsrichtung gelegenen Enden über die Zahnräder vor
springende Ansätze, die in genau komplementär geformte Ausspa
rungen in den axial der Zahnräder liegenden Gehäuseteilen einge
preßt sind. Es wird angegeben, daß die Ansätze alternativ auch
in die Aussparungen eingeklebt oder eingelötet sein können. Für
einen guten Wirkungsgrad einer Innenzahnradmaschine mit einem
Füllstück kommt es darauf an, daß die Hochdruckseite der Ma
schine durch das Füllstück gut gegenüber der Niederdruckseite
abgedichtet ist. Damit das Spiel zwischen dem einstückigen und
unverrückbar im Gehäuse befestigten Füllstück und den Zahnköpfen
möglichst gering ist, wird für die bekannte Pumpe vorgeschlagen,
sie mit zu geringem Spiel zwischen den Zahnköpfen und dem wei
cheren Füllstück zu montieren und sie eine Zeitlang bei niedri
ger Drehzahl und einer ausreichend schmierenden Förderflüssig
keit einlaufen zu lassen. Es mag sein, daß nach einer solchen
Montage und einem solchen Einlaufen für die bekannte Innenzahn
radmaschine das Spiel zwischen den Zahnköpfen und dem Füllstück
so gering wie möglich ist. Ein hoher Wirkungsgrad kann damit je
doch nicht erzielt werden.
Ziel der Erfindung ist es, eine Innenzahnradmaschine mit den
Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiter zuent
wickeln, daß durch eine gute Abdichtung zwischen der Hochdruck
seite und der Niederdruckseite der Maschine der Wirkungsgrad er
höht wird.
Dieses Ziel wird für eine reversierbare Innenzahnradmaschine,
die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist,
dadurch erreicht, daß das Füllstück längsgeteilt ist und ein ra
dial bewegliches, an das Ritzel andrückbares, erstes Dichtseg
ment und ein radial bewegliches, an das Hohlrad andrückbares,
zweites Dichtsegment aufweist und daß der Spalt an der dem je
weiligen Zahnrad abgewandten Seite eines Dichtsegments durch we
nigstens ein Dichtelement in jeder Hälfte des Füllstücks von der
Hochdruck- zur Niederdruckseite abdichtbar ist. Dadurch, daß die
beiden Dichtsegmente radial beweglich sind und zumindest im Be
trieb der Maschine mit einer kleinen Kraft an die Zahnräder an
gedrückt werden, werden die Hochdruckseite und die Niederdruck
seite der Maschine sehr gut gegeneinander abgedichtet. Die
Dichtsegmente können dabei auch geringen Positionsveränderungen
der Zahnräder folgen, die durch Verformungen des Gehäuses und
kleinen Veränderungen der Lage der Welle, auf der das Ritzel
sitzt, bedingt sind und letztendlich auf die sich mit dem Druck
ändernden und auf die einzelnen Bauteile der Maschine wirkenden
Kräfte zurückzuführen sind. Damit im Betrieb über den Spalt an
der dem jeweiligen Zahnrad abgewandten Seite eines Dichtsegments
keine Verbindung zwischen der Hochdruck- und Niederdruckseite
der Maschine besteht, ist dieser Spalt durch wenigsten ein Dich
telement in jeder Hälfte des Füllstücks abdichtbar.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Innenzahn
radmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Zur Abstützung des Füllstücks in Längsrichtung, also im wesent
lichen in Umfangsrichtung des Ritzels oder des Hohlrads, ist be
vorzugt gemäß Anspruch 2 vor beiden Enden des Füllstücks jeweils
eine Anschlagleiste angeordnet, die parallel zu den Achsen der
Zahnräder durch den sichelförmigen Freiraum verläuft und die
seitlich des Freiraums im Gehäuse gelagert ist. Für die Lagerung
genügen Bohrungen, die einfach einzubringen sind. Die Anschlag
leisten haben entsprechend einen zumindest teilkreiszylindri
schen Querschnitt und sind jeweils in mindestens einer Bohrung
auf der einen Seite der Zahnräder, besser jedoch in jeweils ei
ner Bohrung auf jeder Seite der Zahnräder eingeschoben.
Vorteilhaft ist es auch, wenn sich gemäß Anspruch 3 beide Dicht
segmente über die gesamte Länge des Füllstücks erstrecken und an
jedem Ende von einer Anschlagleiste abstützbar sind. Besonders
einfach herstellen lassen sich die Dichtsegmente, wenn die dem
jeweils anderen Dichtsegment zugekehrte Fläche eines Dichtseg
ments eine Kreiszylinderfläche ist. Befinden sich die Achsen der
einander zugekehrten Flächen etwa mittig der beiden Achsen der
Zahnräder, so sind die beiden Dichtsegmente, senkrecht zur
Längsrichtung des Füllstücks betrachtet, jeweils etwa gleich
stark, wobei natürlich die Stärke jedes Dichtsegments von der
Mittelebene aus zu den Anschlagleisten hin abnimmt. Die Ansprü
che 6 bis 8 beziehen sich auf günstige Ausgestaltungen im Hin
blick auf die Abdichtung des in Längsrichtung des Füllstücks
verlaufenden Spalts zwischen den beiden Dichtsegmenten.
Die vor den beiden in Längsrichtung liegenden Enden des Füll
stücks verlaufenden Anschlagleisten werden zweckmäßigerweise dazu
ausgenutzt, um einen übermäßigen Verschleiß der Dichtsegmente zu
begrenzen. Ein solch übermäßiger Verschleiß kann unter extremen
Betriebsbedingungen auftreten, z. B. bei stark verschmutztem För
dermedium. Durch die seitlichen Anschläge an den Anschlagleisten
wird verhindert, daß die Dichtsegmente schließlich soweit ge
schwächt werden, daß sie der hydraulischen Belastung nicht mehr
standhalten können und brechen. Ein Totalausfall der Innenzahn
radmaschine mit Schäden an den Zahnrädern und am Gehäuse wird
dadurch vermieden.
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Innenzahnrad
maschine sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren
dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 in einem Schnitt durch die von den beiden Achsen der
Zahnräder aufgespannte Mittelebene das erste Ausfüh
rungsbeispiel, dessen Füllstück zum Abdichten des Längs
spaltes zwei Dichtrollen pro Drehrichtung besitzt,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 und
Fig. 3 das bloße Füllstück des zweiten Ausführungsbeispiels,
das nur eine Dichtrolle pro Drehrichtung besitzt.
Die Innenzahnradmaschine nach den Fig. 1 und 2 besitzt ein
Gehäuse 10, das sich aus einem ringförmigen Mittelteil 11, das
eine Kammer 12 radial einschließt, einem ersten Deckelteil 13
und einem zweiten Deckelteil 14 zusammensetzt. Die beiden Dec
kelteile 13 und 14 begrenzen die Kammer 12 in axialer Richtung.
Das Mittelteil 11 übergreift die beiden Deckelteile 13 und 14 im
Bereich jeweils einer äußeren Eindrehung 15. Das Deckelteil 13
besitzt eine durchgehende Bohrung 16, in die ein Gleitlager 17
eingepreßt ist. Mit der Bohrung 16 fluchtet eine Sackbohrung 18
des Deckelteils 14, in die ebenfalls ein Gleitlager 17 einge
preßt ist. In den beiden Gleitlagern 17 ist eine Antriebswelle
19 der Pumpe gelagert. Ein außenverzahntes Ritzel 20 ist inner
halb der Pumpenkammer 12 auf der Antriebswelle 19 befestigt oder
einstückig mit dieser hergestellt. Es befindet sich innerhalb
eines innenverzahnten Hohlrades 21, dessen Achse exzentrisch zur
Achse des Ritzels 2 angeordnet ist und das an seinem Außenumfang
im Mittelteil 11 des Gehäuse 10 gelagert ist. Im Bereich beid
seits einer durch die beiden Achsen des Ritzels 20 und des Hohl
rades 21 aufgespannten Mittelebene 22 kämmen die beiden Zahnrä
der miteinander, zwischen denen sich im übrigen ein sichelförmi
ger Freiraum 23 befindet. Die Gehäuseteile 11, 13 und 14 sind
symmetrisch bezüglich der Mittelebene 22 ausgebildet.
Der sichelförmige Freiraum nimmt ein sichelförmiges Füllstück 24
auf, das ebenfalls symmetrisch zur Mittelebene 22 ist und an den
Zähnen des Ritzels 20 und des Hohlrads 21 anliegt. Die axiale
Ausdehnung des Füllstücks 24 stimmt mit der axialen Ausdehnung
der beiden Zahnräder 20 und 21 überein.
Für einen hohen Wirkungsgrad der gezeigten Innenzahnradmaschine
ist zwischen dem Füllstück 24 und den Zahnkränzen des Ritzels 20
und des Hohlrads 21 eine gute Abdichtung von Vorteil. Deshalb
ist das Füllstück 24 längs geteilt und zweiteilig aus einem er
sten Dichtsegment 30 und einem zweiten Dichtsegment 31 aufge
baut. Letzteres ist dem Hohlrad 21 benachbart und kann mit sei
ner Außenseite 32, die eine Zylinderfläche mit einer mit der
Achse des Hohlrads 21 zusammenfallenden Achse ist, mit einer ge
ringen Überschußkraft gegen die Zahnköpfe des Hohlrades 21 ge
drückt werden. Das Dichtsegment 30 besitzt eine Innenseite 33,
die eine Kreiszylinderfläche ist, deren Achse mit der Achse des
Ritzels 20 zusammenfällt und mit der das Dichtsegment 30 gegen
den Zahnkranz des Ritzels gedrückt werden kann. Die einander zu
gewandten Flächen der beiden Dichtsegmente 30 und 31 sind Kreis
zylinderflächen, deren Achsen etwa mittig zwischen den beiden
Achsen der Zahnräder 20 und 21 verlaufen. Die Lage der Achsen
und der Radius der einander zugekehrten Flächen der Dichtseg
mente sind so gewählt, daß schon im Neuzustand der Maschine ein
schmaler Spalt zwischen den beiden Dichtsegmenten besteht und
daß die beiden Dichtsegmente senkrecht zur Längsrichtung des
Füllstücks bzw. in Umlaufrichtung der Zahnräder, also senkrecht
zu den einander zugekehrten Flächen 34 und 35 jeweils gleich
stark sind. Beide Dichtsegmente 30 und 31 erstrecken sich über
die gesamte Länge des Füllstücks 24 und sind an ihren Enden je
weils von einer Anschlagleiste 36 gegen eine hydraulische Kraft
abstützbar, die das Füllstück jeweils von der Hochdruckseite der
Maschine weg zur Niederdruckseite hin zu verschieben sucht. Jede
Anschlagleiste wird wirksam, noch ehe das Füllstück zwischen den
Zahnkränzen der Zahnräder geklemmt wird. Jede der sich vor den
beiden Enden des Füllstücks 24 befindlichen Anschlagleisten 36
weist genauso wie bei der Ausführung nach Fig. 3 eine zum Füll
stück 24 hin offene und zu den Zahnrädern 20 und 21 jeweils
durch einen Anschlag 37 begrenzte Aussparung 38 auf, in die je
des Dichtsegment 30 und 31 mit einem Vorsprung 39 mit radialem
Spiel hineingreift. Die Anschläge 37 sind wesentlich schmäler
als die Aussparung 38, deren Boden die Anschlagfläche für die
Dichtsegmente in Längsrichtung des Füllstücks bzw. in Umlauf
richtung der Zahnräder bildet. Zwischen den Anschlägen 37 und
den Dichtsegmenten besteht in Längsrichtung des Füllstücks ein
geringer Abstand. Das Dichtsegment 30 ist auch etwas kürzer als
der lichte Abstand der Anschlagleisten 36 an den Böden der Aus
sparungen 38, so daß es zum Ausgleich von Verschleiß an seiner
Innenseite 33 auf das Ritzel 20 zuwandern kann. Das Dichtsegment
31 muß nicht unbedingt kürzer sein, da es nach außen wandert.
Außerhalb des Bereichs der Aussparung 38 und der den Dichtseg
menten zugekehrten Flächenbereichen der Anschläge 37 haben die
Anschlagleisten 36 eine kreiszylindrische Außenfläche. Beide An
schlagleisten 36 erstrecken sich mit dem aus Fig. 2 oder 3 er
sichtlichen Querschnitt über den Freiraum 23 hinaus in Bohrungen
der Deckelteile 13 und 14 hinein und sind dadurch schwenkbar ge
lagert.
Zur Abdichtung des Spalts zwischen den beiden Dichtsegmenten 37
und 38 werden bei der Ausführung nach Fig. 2 in jeder Hälfte
des Füllstücks 24 durch Aussparungen 43 in den einander zuge
wandten Seiten 34 und 35 der Dichtsegmente zwei axiale Durch
gänge 40 durch das Füllstück gebildet, in denen sich jeweils
eine Blattfeder 41 und eine Dichtrolle 42 befinden. Die Blattfe
der drückt die Dichtrolle in Längsrichtung des Füllstücks 24 ge
gen zwei konisch aufeinander zulaufende Flächen an den beiden
Dichtsegmenten, so daß mehrere gegeneinander abgedichtete
Spaltabschnitte zwischen den beiden Dichtsegmenten bestehen. Je
nach Drehrichtung sind jeweils die Dichtrollen in der einen oder
in der anderen Hälfte des Füllstücks 24 wirksam.
Das Füllstück 24 gemäß Fig. 3 ist im wesentlichen genauso auf
gebaut wie dasjenige aus den Fig. 1 und 2. Anstelle von zwei
Durchgängen 40 mit jeweils einer Dichtrolle 42 und einer Blatt
feder 41 ist jedoch in jeder Hälfte des Füllstücks beidseits der
Mittelebene 22 nur ein Durchgang 40 vorhanden. Die vergrößerte
Darstellung nach Fig. 3 kann deshalb auch zur Erläuterung des
Füllstücks nach den Fig. 1 und 2 herangezogen werden und ist
zusätzlich zu den in die Fig. 1 und 2 eingetragenen Bezugs
zahlen auch mit den weiter oben erwähnten Bezugszahlen versehen.
Auch die in Fig. 3 eingezeichneten Anschlagleisten 36 entspre
chen genau denjenigen des Ausführungsbeispiels nach den Fig.
1 und 2 und sind mit den weiter oben erwähnten, jedoch der Über
sichtlichkeit halber in Fig. 2 nicht eingezeichneten Bezugszah
len versehen.
Für einen hohen Wirkungsgrad der Innenzahnradmaschine ist auch
eine gute axiale Abdichtung der Hochdruckseite notwendig. Dafür
ist zwischen den Zahnrädern 20 und 21 und jedem Deckelteil 13
oder 14 eine Axialdruckplatte 50 angeordnet, die von einem zwi
schen ihr und dem entsprechenden Deckelteil bestehenden Druck
feld axial gegen die Zahnräder 20 und 21 gedrückt wird. Ebenso
wie die Gehäuseteile sind auch die Axialdruckplatten 50 symme
trisch zur Mittelebene 22 ausgebildet. Sie haben Bohrungen, die
von den Anschlagleisten 36 und von der Antriebswelle 19 durch
drungen werden und sind dadurch in einer Ebene senkrecht zu den
Achsen der Zahnräder 20 und 21 positioniert. Ein Druckfeld wird
jeweils in einer in den Darstellungen nicht erkennbaren Ausneh
mung im Deckelteil 13 bzw. 14 gebildet. Es hat eine halbsichel
förmige Gestalt und erstreckt sich jeweils nur auf der einen
Seite der Mittelebene 22. Es ist durch die jeweilige Axialdruck
platte 50 hindurch mit der Hochdruckseite der Maschine verbun
den. Eine Verbindung zwischen den beiden Druckfeldern eines Dec
kelteils auf den beiden Seiten der Mittelebene 22 besteht nicht.
Je nach Drehrichtung der Maschine wird nur im einen Druckfeld
ein Druck aufgebaut.
An diametral gegenüberliegenden Stellen münden in die Kammer 12
zwei durch das Mittelteil 11 des Gehäuses 10 führende, gleich
große Bohrungen als Außenanschlüsse der Maschine. Das Hohlrad 21
besitzt in den Zahnlücken radial von innen nach außen durchge
hende Bohrungen 62, durch die eine hydraulische Flüssigkeit von
der einen Bohrung 60 oder 61 aus in den Freiraum 23 und von dort
in die andere Bohrung gelangen kann. Jeder der beiden Anschlüsse
60 und 61 kann der Hochdruck- oder auch der Niederdruckanschluß
der Maschine sein. Die Drehbewegung der Zahnräder kann in beide
Richtungen stattfinden. Bei einer Verwendung der Maschine als
Pumpe wird Hydraulikflüssigkeit durch den einen Außenanschluß
angesaugt und gelangt durch Bohrungen 62 in den Freiraum 23.
Dort füllen sich die Zahnlücken der beiden Zahnräder mit der
Flüssigkeit und schieben sie innen und außen am Füllstück 24
entlang auf die andere Seite des Füllstücks, die in diesem Fall
die Hochdruckseite der Maschine ist. Dort wird die Flüssigkeit
durch das ineinandergreifen der Zahnkränze durch Bohrungen 62
hindurch in den anderen Außenanschluß hineinverdrängt. Bei einer
Verwendung der Maschine als Motor sind gegenüber einer Verwen
dung als Pumpe die Hochdruckseite und die Niederdruckseite ver
tauscht, wenn die Drehrichtung der Zahnräder dieselbe sein soll.
Sind dagegen die Hochdruckseite und die Niederdruckseite gleich
geblieben, so ist die Drehrichtung der Zahnräder entgegengesetzt
zu derjenigen bei einer Verwendung der Maschine als Pumpe.
Aufgrund der Zweiteiligkeit des Füllstücks 24, das aus einem
weicheren Material als die Zahnräder 20 und 21 besteht, kann
Verschleiß an den Außenseiten 32 und 33 der Dichtsegmente, wie
er im Betrieb unter normalen Bedingungen statt findet, ausgegli
chen werden. Ausgeglichen werden können auch Verspannungen des
Gehäuses und Versetzungen der Welle 19, die aufgrund der großen
Kräfte auftreten können und zu einer geringen Lageänderung der
Zahnräder relativ zueinander führen. Sollte der Verschleiß an
den Dichtsegmenten jedoch aufgrund extremer Betriebsbedingungen
übermäßig groß werden, so stoßen die Dichtsegmente radial gegen
die Anschläge 37 der Anschlagleisten 36, so daß weiterer Ver
schleiß, ein Bruch der Dichtsegmente und ein Totalausfall der
Innenzahnradmaschine verhindert wird. Es ist vielmehr möglich,
nach Beseitigung der Verschleißursache die Maschine, wenn auch
bei verringertem Wirkungsgrad, weiterzubetreiben, oder das Füll
stück auszutauschen.
Claims (9)
1. Reversierbare Innenzahnradmaschine (Pumpe oder Motor)
mit einem Gehäuse (10), mit einem in dem Gehäuse (10) unterge
brachten außenverzahnten Ritzel (20), mit einem mit dem Ritzel
(20) mitlaufenden, innenverzahnten Hohlrad (21) und mit einem in
einem sichelförmigen Freiraum (23) zwischen dem Ritzel (20) und
dem Hohlrad (21) symmetrisch bezüglich einer durch die Achsen
der beiden Zahnräder (20, 21) aufgespannten Mittelebene (22) an
geordneten, sichelförmigen Füllstück (24), das in seine Längs
richtung beidseitig gehäusefest abstützbar ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Füllstück (24) längsgeteilt ist und ein radial
bewegliches, an das Ritzel (20) andrückbares, erstes Dichtseg
ment (30) und ein radial bewegliches, an das Hohlrad (21) an
drückbares, zweites Dichtsegment (31) aufweist und daß der Spalt
zwischen den beiden Dichtsegmenten (30, 31) durch wenigstens ein
Dichtelement (42) in jeder Hälfte des Füllstücks (24) von der
Hochdruck- zur Niederdruckseite abdichtbar ist.
2. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß vor beiden Enden des Füllstücks (24) jeweils eine
Anschlagleiste (36) angeordnet ist, die parallel zu den Achsen
der Zahnräder (20, 21) durch den sichelförmigen Freiraum (23)
verläuft, die seitlich des Freiraumes (23) im Gehäuse (10) gela
gert ist und von der das Füllstück (24) in Längsrichtung ab
stützbar ist.
3. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß beide Dichtsegmente (30, 31) sich über die gesamte
Länge des Füllstücks (24) erstrecken und daß beide Dichtsegmente
(30, 31) an jedem Ende von einer Anschlagleiste (36) abstützbar
sind.
4. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dem jeweils anderen Dichtsegment (31, 30) zu
gekehrte Fläche (34, 35) eines Dichtsegments (30, 31) eine
Kreiszylinderfläche ist.
5. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Achsen der einander zugekehrten Flächen (34,
35) etwa mittig der beiden Achsen der Zahnräder (20, 21) verlau
fen.
6. Innenzahnradmaschine nach einem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, daß sich in jeder Hälfte des Füllstücks
(24) beidseits der Mittelebene (22) in einem axial verlaufenden
Durchgang (40) im Spalt zwischen den beiden Dichtsegmenten (30,
31) eine an beide Dichtsegmente (30, 31) andrückbare Dichtrolle
(42) befindet.
7. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Durchgang (40) durch zwei sich einander gegen
überliegende Aussparungen (43) in den beiden Dichtsegmenten
(30, 31) gebildet wird, die zur Mittelebene (22) hin konisch auf
einander zulaufen.
8. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Dichtrolle (42) von einem Federelement
(41) an die beiden Dichtsegmente (30, 31) andrückbar ist.
9. Innenzahnradmaschine nach Anspruch 3, 4 oder 5 oder nach
Anspruch 3 und einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß jede Anschlagleiste (36) in einer den Dichtsegmen
ten (30, 31) zugekehrten Fläche eine Aussparung (38) aufweist,
die zu jedem Zahnrad (20, 21) hin durch einen Anschlag (37) be
grenzt ist und in die beide Dichtsegmente (30, 31) mit einem
Vorsprung (39) mit seitlichem Spiel eingreifen.
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