DE102004033490A1

DE102004033490A1 - Innenzahnradmaschine

Info

Publication number: DE102004033490A1
Application number: DE102004033490A
Authority: DE
Inventors: Marco Grethel; Klaus-Dieter Buchmüller
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2004-07-10
Publication date: 2005-02-10

Abstract

Eine Zahnradmaschine umfasst ein innenverzahntes Hohlrad, ein außenverzahntes, exzentrisch zum Hohlrad derart gelagertes Ritzel, dass die Verzahnungen in einem Umfangssegment miteinander kämmen und im restlichen Umfangsbereich einen sichelförmigen Raum bilden, ein in dem sichelförmigen Raum angeordnetes, ihn in zwei Räume mit unterschiedlichen Drücken teilendes Füllelement, wobei das Füllelement ein mit seiner radial äußeren Fläche an der Innenverzahnung anliegendes hohlradseitiges Füllstück und ein mit seiner radial inneren Seite an der Ritzelverzahnung anliegendes ritzelseitiges Füllstück aufweist, wobei sich die Füllstücke mittels an ihnen ausgebildeten Anschlagflächen an den zur Aufnahme von aus einem der Räume wirkenden Kräften an einer Anschlagfläche eines drehbar gelagerten Anschlagbauteils abstützen, dass der Flächenschwerpunkt der Anschlagflächen der Füllstücke derart eingestellt ist, dass das ausgeübte Moment seine Richtung weitgehend unabhängig von den Betriebsbedingungen der Zahnradmaschine beibehält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Innenzahnradmaschine. Ein Beispiel für eine Innenzahnradmaschine ist eine Innenzahnradpumpe, die mit einem Gehäuse und mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten ersten Zahnrad, insbesondere einem Hohlrad, und einem drehbar gelagerten angetriebenen zweiten Zahnrad, insbesondere einem Ritzel, versehen ist.

Innenzahnradmaschinen, die ein Hohlrad und ein Ritzel sowie ein in dem sichelförmigen Bereich zwischen dem Hohlrad und dem Ritzel gelagertes Füllstück aufweisen, sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 100 58 883 A1 eine solche Innenzahnradmaschine, bei der zwei Füllelemente im sichelförmigen Bereich zwischen Hohlrad und Ritzel angeordnet sind. Die jeweils im Wesentlichen halbsichelförmigen Füllelemente sind gegen einen Füllstift im Anschlag. Es ist erwähnt, dass jedes der Füllelemente in ein hohlradseitiges Füllstück und ein ritzelseitiges Füllstück geteilt sein kann.

Die Füllelemente der Innenzahnradmaschinen sind so beweglich gelagert, dass sie im Betrieb den Bewegungen der miteinander kämmenden Zahnräder folgen können um hierdurch aufgrund der Bewegung entstehende radiale Leckspalte ausgleichen können.

Die zur Radialspaltkompensation vorgesehenen Füllelemente der bekannten Innenzahnradpumpen bzw. Innenzahnradmaschinen sind den auf diese Elemente einwirkenden hydraulischen Kräften ausgesetzt. Zur Steuerung der auf das Füllstück einwirkenden hydraulischen Kräfte sind sogenannte Vorfüllnuten oder Vorfüllschlitze vorgesehen, damit das Füllstück zumindest teilweise durch das Einwirken der hydraulischen Kräfte in der für die Dichtung jeweils optimalen Lage gehalten wird, d.h. an die Zahnköpfe der Zahnräder gedrückt wird. Die Richtung und die Größe dieser Kräfte werden hauptsächlich durch die vorherrschenden Betriebsdrücke sowie durch den Verlauf der Trennfläche zwischen Saugraum und Druckraum bei Innenzahnradpumpen bzw. den Verlauf der Trennfläche zwischen den Räumen unterschiedlichen Drucks der Innenzahnradmaschine bestimmt. Wenn kein stationärer Betriebsdruck in den Druckräumen herrscht, können zusätzlich unerwartete Lasteinwirkungen auf die Füllstücke auftreten. Daher werden Lagerzapfen bzw. Anschlagbauteile für das Füllstück vorgesehen, die im Gehäuse der Innenzahnradmaschine drehbar gelagert sind und eine Abstützfläche für das Füllstück aufweisen. Die im stationären bzw. instationären Betrieb auftretenden hydraulischen Kräfte führen insbesondere bei geteilten Füllelementen, d.h. solchen Füllelementen, die ein hohlradseitiges Füllstück und ein ritzelseitiges Füllstück umfassen, dazu, dass die Füllstücke eine Verdrehung um das für sie vorgesehene Anschlagbauteil sowie eine radiale Verschiebung entlang der Anschlagflächen des Anschlagbauteils erfahren. Es ist auch möglich, dass sich das Ritzelfüllstück einseitig radial an den Kopfkreis des Ritzels anlegt oder sich das Hohlradfüllstück einseitig in radialer Richtung derart verschiebt, dass es am Kopfkreis des Hohlrads anliegt.

Um ein durch ungünstig einwirkende Kraftkomponenten auftretendes Flattern der Füllstücke bzw. das einseitige Anlaufen der Füllstücke an der jeweiligen Verzahnung zu vermeiden, schlägt die DE 37 23 557 A1 vor, einen Lagerkörper für eine Innenzahnradpumpe vorzusehen, der in eine Nut in der Seitenfläche der Füllstücke eingreift. An dem Lagerkörper ist eine Lagerfläche zur Aufnahme der aus dem Druckraum wirkenden Kräfte und eine Rückhaltefläche zur Abstützung des Füllstücks gegenüber den vom Saugraum her wirkenden Kräften vorgesehen.

Die Rückhaltefläche bildet zur Lagerfläche einen spitzen Winkel und ist unterteilt in eine dem ersten Füllstück zugeordnete Teilfläche und eine dem zweiten Füllstück zugeordnete Teilfläche, wobei das erste Füllstück ein ritzelseitiges Füllstück und das zweite Füllstück ein hohlradseitiges Füllstück ist. Die Rückhaltefläche des Lagerkörpers zur Aufnahme von Kräften, die vom Saugraum her wirken, ist somit geknickt. Diese Maßnahme berücksichtigt, dass die vom Saugraum her wirkenden Kräfte die Füllstücke in unterschiedlichen Richtungen beaufschlagen, so dass es erforderlich ist, bei einer senkrechten Ausrichtung der jeweils zugehörigen Rückhalteflächen, diese unterschiedlich zu neigen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine radialspaltkompensierte Innenzahnradmaschine mit einem zweiteiligen Füllelement vorzusehen, bei der ein Flattern der Füllstückanordnung und ein einseitiges Anlaufen eines Füllstücks an der Verzahnung vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Zahnradmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.

Insbesondere umfasst eine erfindungsgemäße Zahnradmaschine ein innenverzahntes Hohlrad, ein außenverzahntes, exzentrisch zum Hohlrad derart gelagertes Ritzel, dass die Verzahnungen in einem Umfangssegment miteinander kämmen und im restlichen Umfangsbereich einen sichelförmigen Raum bilden, ein in dem sichelförmigen Raum angeordnetes, ihn in zwei Räume mit unterschiedlichen Drücken teilendes Füllelement, wobei das Füllelement ein mit seiner radial äußeren Fläche an der Innenverzahnung anliegendes hohlradseitiges Füllstück und ein mit seiner radial inneren Seite an der Ritzelverzahnung anliegendes ritzelseitiges Füllstück aufweist, wobei sich die Füllstücke mittels an ihnen ausgebildeten Anschlagflächen an den zur Aufnahme von aus einem der Räume wirkenden Kräften an einer Anschlagfläche eines drehbar gelagerten Anschlagbauteils abstützen, dass der Flächenschwerpunkt der Anschlagflächen der Füllstücke derart eingestellt ist, dass das ausgeübte Moment seine Richtung weitgehend unabhängig von dem Betriebsbedingungen der Zahnradmaschine beibehält.

Alternativ umfasst die Zahnradmaschine ein innenverzahntes Hohlrad, ein außenverzahntes, exzentrisch zum Hohlrad derart gelagertes Ritzel, das die Verzahnungen in einem Umfangssegment miteinander kämmen und im restlichen Umfangsbereich einen sichelförmigen Raum bilden, ein in dem sichelförmigen Raum angeordnetes, ihn in zwei Räume mit unterschiedlichen Drücken teilendes Füllelement, wobei das Füllelement ein mit seiner radial äußeren Fläche an der Innenverzahnung anliegendes hohlradseitiges Füllstück und ein mit seiner radial inneren Seite an der Ritzelverzahnung anliegendes ritzelseitiges Füllstück mit jeweils einer in Umfangsrichtung außen liegenden Anschlagfläche aufweist, wobei mindestens eine der Anschlagflächen sich an einer Gegenfläche eines drehbar gelagerten Anschlagbauteils abstützt und sich die Anschlagfläche des hohlradseitigen Füllstücks und die Anschlagfläche des ritzelseitigen Füllstücks unter einem in der durch die axiale Richtung und die radiale Richtung der Zahnräder aufgespannten Ebene definierten Winkel schneiden.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Füllstücke, die für die radialspaltkompensierte Zahnradmaschine, insbesondere die radialspaltkompensierte Innenzahnradpumpe eingesetzt werden, derart an einem Anschlagbauteil zur Anlage zu bringen, dass eine Momentenumkehr am Anschlagstift, die zu einem Flattern der Anordnung führt, vermieden werden kann.

Dies wird dadurch erreicht, dass die Hebelverhältnisse zwischen dem ritzelseitigen und dem hohlradseitigen Füllstück derart eingestellt werden, dass verhindert werden kann, dass der Einfluss des ritzelseitigen Füllstücks dominierend wird. Dazu kann einerseits die Anschlagfläche der Füllstücke am Anschlagstift derart verändert werden, dass der Flächenschwerpunkt der Anschlagflächen der Füllstücke unabhängig von deren Dicke in radialer Richtung derart eingestellt wird, dass eine Momentenumkehr vermieden wird. Dies bedeutet, dass die Einstellung des Moments durch die Variation der Größe der Anschlagflächen erreicht wird. Somit kann durch Verdickung bzw. Verdünnung der Füllstücke in Umfangsrichtung auf die Anschlagfläche hin das zumeist dünnere Hohlradfüllstück einen verbreiterten Anschlag und das zumeist dickere Ritzelfüllstück einen verdünnten, d.h. kleinflächigeren Anschlag aufweisen, als dies ohne die Veränderung der Anschlagflächen der Fall ist. Dadurch verschiebt sich der Flächeschwerpunkt und somit der Kraftangriffspunkt für die hydraulischen Kräfte. Insbesondere können die Größen der Anschlagflächen eingestellt werden, ohne dass an der Baubreite der Füllstücke in radialer Richtung Veränderungen vorgenommen werden müssen. Durch die Änderung der Flächenverhältnisse der Anschlagflächen des hohlradseitigen Füllstück und des ritzelseitigen Füllstücks am Anschlagstift wird die gewünschte Änderung der Hebelarme und damit die gewünschte Einstellung der Momentenverhältnisse erreicht, so dass es auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen nicht zu einer Momentenumkehr kommt.

Dabei ist festzuhalten, dass zumeist das hohlradseitige Füllstück das dünnere Füllstück ist, da im ritzelseitigen Füllstück gewöhnlich Dichtelemente, insbesondere Dichtrollen, eingelassen sind. Die eingesetzten Dichtelemente führen dazu, dass das Ritzelfüllstück dicker, d.h. in Radialrichtung breiter, als das hohlradseitige Füllstück ist. Das dickere der Füllstücke dominiert somit den Anschlag am Anschlagstift, d.h. die Ausrichtung des Anschlagstifts passt sich im stationären Betriebszustand an das dickere der Füllstücke an. Durch die Veränderung der Flächen im Anschlagbereich an beiden der Füllstücke wird sichergestellt, dass auch bei instationären Betriebszuständen oder nur anderen ungünstigen Betriebsbedingungen eine gewünschte Momenteneinstellung beibehalten wird.

Ein ähnlicher Effekt kann z.B. auch dadurch erreicht werden, dass für das hohlradseitige Füllstück und das ritzelseitige Füllstück nicht der gleiche Anschlagwinkel sondern verschiedene Anschlagwinkel vorgesehen werden. Unter „verschiedene Anschlagwinkel" ist dabei zu verstehen, dass die Anschlagflächen zueinander in einem Winkel, z.B. 5° bis 30°, bevorzugt 10° in der durch die radiale Richtung und die Umfangsrichtung aufgespannten Ebene stehen. Auch dies verhindert, dass das ritzelseitige Füllstück bzw. das hohlradseitige Füllstück sich radial entlang ihrer jeweiligen Anschlagflächen am Anschlagbauteil verschieben, wenn die durch die Radialspaltkompensation entstehenden Kräfte unter ungünstigen Betriebsbedingungen auf die Füllstücke einwirken. Somit wird die Momentenumkehr verhindert

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei das ritzelseitige Füllstück in radialer Richtung dicker als das hohlradseitige Füllstück, so dass die Anschlagfläche des ritzelseitigen Füllstücks verdünnt wird und die Anschlagfläche des hohlradseitigen Füllstücks verdickt wird, um die Momenteneinstellung zu bewirken.

Nach einer alternativen bevorzugten Ausführungsform weist die Anschlagfläche des Anschlagbauteils eine Teilanschlagfläche für die Anschlagfläche des ritzelseitigen Füllstücks und eine Teilanschlagfläche für die Anschlagfläche des hohlradseitigen Füllstücks auf, wobei die Teilanschlagflächen zueinander in einem Winkel in der durch die Radialrichtung und die Umfangsrichtung der Zahnräder aufgespannten Ebene einschließen.

Bevorzugterweise ist dabei das ritzelseitige Füllstück in radialer Richtung dicker als das hohlradseitige Füllstück und die Anschlagfläche des ritzelseitigen Füllstücks im Wesentlichen in radialer und axialer Richtung des Hohlrads verlaufend.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel α zwischen zwei zueinander unter einem Winkel stehenden Anschlagflächen zwischen 5° und 30°, bevorzugt 10°.

Vorzugsweise ist das ritzelseitige Füllstück am Anschlagbauteil angeschlagen und das hohlradseitige Füllstück am ritzelseitigen Füllstück angeschlagen, wenn die Anschlagflächen zueinander unter einem Winkel stehen.

Alternativ dazu ist vorzugsweise das Anschlagbauteil mit zwei Anschlagflächen versehen, die zueinander unter einem Winkel stehen.

Vorzugsweise sind in dem ritzelseitigen Füllstück und/oder dem hohlradseitigen Füllstück, weiter bevorzugt im ritzelseitigen Füllstück, mindestens zwei Dichtelemente eingelassen, und das hohlradseitige Füllstück weist eine Befüllungsnut auf, die von der radial außenliegenden Seite des hohlradseitigen Füllstücks in einen Spalt zwischen den Füllstücken und zwischen den Dichtelementen führt, wobei die Querschnittsfläche der Nut in Umlaufrichtung der Zahnräder schmäler als die Fläche der Zahnköpfe des Hohlrads in Umlaufrichtung ist und die Nut eine Aufweitung an der dem Hohlrad gegenüberliegenden Fläche des hohlraumseitigen Füllstücks aufweist.

Vorzugsweise ist die Aufweitung der Nut dabei als wenigstens eine Fase gestaltet.

Um bei geringen Drehzahlen eine ausreichende Kompensationswirkung zu erzielen und andererseits bei hohen Drehzahlen eine zu hohe Belastung der Füllstücke zu vermeiden, muss der Druck zwischen den zwischen den Füllstücken vorgesehenen Dichtelementen möglichst konstant gehalten werden. Daher wird es bevorzugt, dass eine Nut, die den Spalt zwischen dem hohlradseitigen und dem ritzelseitigen Füllstück im Bereich zwischen den Dichtelementen befüllt, derart bemessen ist, dass ihre Querschnittsfläche in Wälzrichtung der Zahnräder kleiner als die Fläche der Zahnköpfe des Hohlrads in Wälzrichtung ist und zusätzlich eine Aufweitung an der Nut vorgenommen ist, die nur den Endbereich der Nut betrifft, der in Richtung auf das Hohlrad gerichtet ist. Dadurch können beim Vorbeikämmen der Hohlradverzahnung an der Befüllungsnut ein Kurzschluss in Richtung Saugraum zwischen den Füllstücken aufgrund einer zu breiten Nut ebenso wie Druckveränderungen, die durch eine zu schmale Nut hervorgerufen werden, bei der kein Öl nachfließen kann, verhindert werden. Somit wird der Systemdruck zwischen den Dichtelementen, insbesondere z.B. Dichtrollen, bei geringen Drehzahlen konstant gehalten, was wiederum dazu führt, dass voreingestellte, definierte Kompensationskräfte erreicht werden. Die Ausgestaltung der Nut gemäß Anspruch 10 ist unabhängig von der Erfindung gemäß Ansprüchen 1 und 6 auch für allgemeine radialspaltkompensierte Zahnradmaschinen einsetzbar, die ein getrenntes Füllstück aufweisen, bei dem ein Bereich zwischen zwei Dichtelementen, die einen Spaltbereich zwischen den hohlradseitigen und dem ritzelseitigen Füllstück begrenzen, mit einem Fluid zu befüllen ist.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen:
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 die Füllstücke gemäß der ersten Ausführungsform in vergrößertem Maßstab zeigt;
3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
4 die Füllstücke gemäß der zweiten Ausführungsform in vergrößerter Darstellung zeigt.
Bei der folgenden beispielhaften Beschreibung der Erfindung wird mit radialer Richtung stets die Richtung des Radius der Zahnräder bezeichnet und mit Umlaufrichtung auf die Drehung der Zahnräder Bezug genommen wird, d.h. diejenige Richtung bezeichnet ist, in der die Zahnräder miteinander kämmen, entsprechend der Umfangsrichtung der Zahnräder.
Unter der Bezeichnung „Anschlagwinkel" wird in der Beschreibung und den Ansprüchen die Richtung einer Ebene verstanden, mit der eines der Füllstücke an einem anderen Element der Anordnung zum Anliegen kommt. Die Bezeichnung „verschiedene Anschlagwinkel" soll dabei aussagen, dass die genannten Anschlagflächen zwischen dem ersten Füllstück und dem Element, an dem dieses anschlägt, und dem zweiten Füllstück und dem Element, an dem dieses anschlägt, zueinander nicht parallel sind, sondern einander schneiden.
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Zahnradanordnung einer Zahnradmaschine. Beispielsweise bildet diese Zahnradanordnung 20 die Zahnradanordnung für eine Innenzahnradpumpe. Die Anordnung 20 umfasst ein Hohlrad 22 und ein mit dem Hohlrad kämmendes Ritzel 24. Die Zahnräder sind ortsfest und drehbar an einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert. Zusätzlich ist an dem Gehäuse der Zahnradmaschine ein Füllelement, das allgemein mit Referenzziffer 30 bezeichnet ist, vorgesehen. Das Füllelement 30 ist in den sichelförmigen Raum 26 eingebracht, der durch die miteinander kämmenden Zahnräder 22, 24 definiert wird. Zusätzlich ist ein drehbarer Anschlagstift 50 als Beispiel für das Anschlagbauteil für das im Wesentlichen halbsichelförmige Füllelement 30 vorgesehen. Die Drehachse des Anschlagstifts verläuft parallel zur Axialrichtung der Zahnräder. Ferner weist der Anschlagstift eine parallel zur Achsenrichtung der Zahnräder verlaufende Anschlagfläche 52 auf. Das Anschlagbauteil (Anschlagstift) ist drehbar am Gehäuse gelagert.
Das Füllelement 30 ist im Wesentlichen zweiteilig gestaltet und weist ein hohlradseitiges Füllstück 32 und ein ritzelseitiges Füllstück 31 auf. Sowohl das hohlradseitige Füllstück 32 als auch das ritzelseitige Füllstück 31 sind gegen den Anschlagstift 50 in Anschlag an der für beide Füllstücke gemeinsamen Anschlagfläche 52, die am Anschlagstift 50 vorgesehen ist.
Nachfolgend wird die erste Ausführungsform des Füllelements 30 genau unter Verweis auf 2 beschrieben. Das hohlradseitige Füllstück 32 dichtet durch Anlage an den Zahnköpfen des Hohlrads 22, während das ritzelseitige Füllstück 31 durch Anlage an den Zahnköpfen des Ritzels 24 gegenüber diesem dichtet. Zwischen dem hohlradseitigen Füllstück 32 und dem ritzelseitigen Füllstück 31 ist ein Spalt 36 definiert, wobei auf der an den Spalt angrenzenden Fläche des ritzelseitigen Füllstücks 31 Dichtelemente 33 vorgesehen sind. Die Dichtelemente 33 sind voneinander in Umfangsrichtung beabstandet angebracht, so dass über eine Befüllungsnut 38, die im hohlradseitigen Füllstück 32 vorgesehen ist, ein Fluid eingebracht werden kann und damit der Druck zwischen den Dichtrollen möglichst konstant gehalten werden kann.
Das Einbringen der Dichtelemente 33, die in der dargestellten Ausführungsform als Dichtrollen ausgeführt sind, führt häufig dazu, dass das ritzelseitige Füllstück 31 gegenüber dem hohlradseitigen Füllstück 32 breiter, d.h. mit größeren Abmessungen in Radialrichtung, gestaltet ist.
Die bei der Radialspaltkompensation auftretenden Kräfte werden von den Füllstücken 31, 32 auf den als Widerlager wirkenden Anschlagstift 50 (in 2 nicht dargestellt) übertragen, wobei die Kraftübertragung über die Anschlagfläche 52 des Anschlagstifts 50 erfolgt, gegen die jeweils eine Anschlagfläche 34 des hohlradseitigen Füllstücks und eine Anschlagfläche 35 des ritzelseitigen Füllstücks naht. Da das hohlradseitige Füllstück 32 und das ritzelseitige Füllstück 31 an einer gemeinsamen Anschlagfläche 52 des Anschlagstifts angeschlagen werden, d.h. unter dem gleichen Winkel angeschlagen werden, richtet sich die Ausrichtung der Anschlagfläche 52 am drehbaren Anschlagstift nach dem größeren Moment, d.h. dem ritzelseitigen (breiteren) Füllstück. Das bedeutet, dass vordergründig die am ritzelseitigen Füllstück auftretenden Kräfte die Ausrichtung des Anschlagstifts 50 bestimmen.
Um zu verhindern, dass bei bestimmten Strömungsbedingungen der Einfluss des Ritzelfüllstücks derart abnimmt, dass die Kraftkomponente in Richtung Anschlagstift nicht mehr dominierend ist, und vielmehr der Einfluss des hohlradseitigen Füllstücks zunimmt, ist bei der in 2 dargestellten Ausführungsform die Anschlagfläche 35 des ritzelseitigen Füllstücks 31 in Radialrichtung schmäler gestaltet, d.h. die Anschlagfläche 35 ist insgesamt gegenüber einem herkömmlichen Füllstück verkleinert, da sich das Füllstück in Richtung auf die Anschlagfläche 35 verjüngt. Diese Verjüngung wird, wie es in 2 dargestellt ist, sowohl durch eine Abschrägung der ritzelseitigen Grenzfläche des Füllstücks 31, vor allem aber durch eine Abschrägung der dem hohlradseitigen Füllstück 32 zugewandten Grenzfläche des Füllstücks 31 erreicht. Im gleichen Maß, in dem sich das ritzelseitige Füllstück 31 in seinem Endbereich, der in der Anschlagfläche 35 endet, verjüngt, zumindest entsprechend der Verjüngung, die durch die Abschrägung der Grenzfläche zum hohlradseitigen Füllstück 32 hin erreicht wird, ist das hohlradseitige Füllstück 32 in diesem Bereich verbreitet, d.h. es weitet sich im Endbereich in Radialrichtung auf. Dadurch wird die Grenzfläche 34 des hohlradseitigen Füllstücks 32 größer. Diese Veränderung der Flächenverhältnisse durch die Verjüngung des ritzelseitigen Füllstücks 31 bzw. die Aufweitung des hohlradseitigen Füllstücks 32 jeweils in Radialrichtung hin zu den Anschlagflächen 34 und 35 führt dazu, dass sich die Hebelarme ändern, auf die die auftretenden Kräfte einwirken, da sich die Flächenschwerpunkte der Anschlagflächen verschieben, so dass eine Momentenumkehr am Anschlagstift und damit ein Flattern der Anordnung auch bei ungünstigen Strömungsbedingungen verhindert werden können.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 3 dargestellt. Die Anordnung unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Anordnung dadurch, dass eine andere Ausgestaltung des Füllelements gewählt wird. Die anderen Komponenten sind identisch zu den in 1 gezeigten Komponenten und daher mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Das Füllelement 40 der in 3 dargestellten Ausführungsform wird nachfolgend genau unter Verweis auf 4 beschrieben. Bei der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsform des Füllelements 40 umfasst das Füllelement 40 wiederum ein ritzelseitiges Füllstück 41 und ein hohlradseitiges Füllstück 42. Im Gegensatz zu der ersten Ausführungsform ist jedoch das hohlradseitige Füllstück 42 nicht mit einer Verdickung bzw. das ritzelseitige Füllstück 41 nicht mit einer Verjüngung im Anschlagbereich an dem Anschlagstift 50 versehen. Vielmehr schlägt das hohlradseitige Füllstück 42 nicht direkt an den Anschlagstift 50 an, der wie bei der ersten Ausführungsform eine einzige Anschlagfläche 52 aufweist, sondern schlägt direkt an eine am ritzelseitigen Füllstück 41 ausgebildete Anschlagfläche 44' mit seiner Anschlagfläche an. Dadurch ist es möglich, Anschlagflächen 44, 45 für das hohlradseitige Füllstück 42 bzw. das ritzelseitige Füllstück 41 vorzusehen, die zueinander unter einem Winkel (in 4 mit α angegeben) stehen. Insbesondere kann die Anschlagfläche 44' am ritzelseitigen Füllstück 41 für die Anschlagfläche 44 des hohlradseitigen Füllstücks 42 derart gewählt werden, dass eine zu hohe radiale Belastung für das Hohlradfüllstück vermieden wird, die dadurch entstehen könnte, dass bei einem für das Ritzelfüllstück geeigneten Anschlagwinkel an der Anschlagfläche 52 des Anschlagstifts 50 das Hohlradfüllstück 42 einseitig an der Verzahnung des Hohlrads 22 im Einlaufbereich kommt. Der Winkel α kann somit nach Bedarf gewählt werden und liegt z.B. bei etwa 5° bis 30°, bevorzugt 10°. Die Verdrehung der Anschlagflächen 44, 45 zueinander bezieht sich, wie es in 3 zu erkennen ist, auf einen Versatz der eingestellten Anschlagfläche 52 und der Anschlagfläche 44' durch den Stift 50 durch Drehung um eine Achse parallel zur axialen Richtung der Anordnung.
Eine nicht dargestellte Alternative zu der in 4 gezeigten Ausführungsform besteht darin, den Anschlagstift 50 mit zwei verschiedenen Anschlagflächen zu versehen, wobei die Anschlagflächen zueinander unter einem Winkel stehen. In diesem Fall kann wiederum eine der Anschlagflächen so gewählt werden, dass sie für die Kraftaufnahme der auf das ritzelseitige Füllstück 41 wirkenden Kräfte geeignet ist, während die andere Anschlagfläche des Anschlagstifts dann für die auf das hohlradseitige Füllstück 52 einwirkenden und an das Widerlager, d.h. den Anschlagstift 50, übertragenen Kräfte geeignet ist, ohne dass eine Momentenumkehr am Anschlagbauteil 50 bei ungünstigen Strömungsbedingungen erfolgt und ohne zu hohe Belastungen für die einzelnen Füllstücke zu erreichen.
In 4 ist ferner eine bevorzugte Anordnung für die Befüllungsnut 48 dargestellt, die den Spalt zwischen den zwei Dichtelementen 43, die in 4 wiederum als Dichtrollen ausgefüllt sind, befüllt. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform werden zwei Dichtrollen 43 eingesetzt, um den Spalt zu dichten. Dadurch können bei geringen Drehzahlen eine ausreichende Kompensationswirkung (Radialspalt-Kompensation) erzielt und andererseits bei hohen Drehzahlen eine zu hohe Belastung der Füllstücke vermieden werden. Allerdings muss der Systemdruck zwischen den Dichtrollen 43 auch bei geringen Drehzahlen möglichst konstant gehalten werden. Dies wird bei der bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, dass ein abwechselnder Kurzschluss der Befüllungsnut und ein vollständiges Unterbrechen der Ölzufuhr zum Spalt verhindert wird, da die Breite der Nut 48 (d.h. ihre Abmessung in der Richtung, in der die Zahnräder miteinander kämmen (Umlaufrichtung)) so gewählt wird, dass sie kleiner als die Abmessung der Kopfflächen der Verzahnung des Hohlrads in Umlaufrichtung ist. Allerdings ist eine als Fase 49 ausgebildete Verbreiterung der Nut 48 in dem Bereich vorgesehen, der an die Verzahnung des Hohlrads grenzt. Dadurch lässt sich das Druckniveau zwischen den Dichtrollen 43 und somit die Kräfte bei der Radialspaltkompensation stabilisieren.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zur Radialspaltkompensation zu schaffen, die sich eines geteilten Füllelements bedient, bei der ein stabiler Betrieb der Anordnung ohne Flattern der Füllstücke erreicht werden kann.

Claims

Zahnradmaschine, umfassend ein innenverzahntes Hohlrad (22), ein außenverzahntes, exzentrisch zum Hohlrad derart gelagertes Ritzel (24), dass die Verzahnungen in einem Umfangssegment miteinander kämmen und im restlichen Umfangsbereich einen sichelförmigen Raum (26) bilden, ein in dem sichelförmigen Raum angeordnetes, ihn in zwei Räume mit unterschiedlichen Drücken teilendes Füllelement (30), wobei das Füllelement (30) ein mit seiner radial äußeren Fläche an der Innenverzahnung anliegendes hohlradseitiges Füllstück (32) und ein mit seiner radial inneren Seite an der Ritzelverzahnung anliegendes ritzelseitiges Füllstück (31) aufweist, wobei sich die Füllstücke (31,32) mittels an ihnen ausgebildeten Anschlagflächen (35,34) an den zur Aufnahme von aus einem der Räume wirkenden Kräften an einer Anschlagfläche (52) eines drehbar gelagerten Anschlagbauteils (50) abstützen, dass der Flächenschwerpunkt der Anschlagflächen (35, 34) der Füllstücke derart eingestellt ist, dass das ausgeübte Moment seine Richtung weitgehend unabhängig von den Betriebsbedingungen der Zahnradmaschine beibehält.
Zahnradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ritzelseitige Füllstück (31) in radialer Richtung dicker als das hohlradseitige Füllstück (32) ist, die Anschlagfläche (35) des ritzelseitigen Füllstücks verdünnt ist und die Anschlagfläche (34) des hohlradseitigen Füllstücks verdickt ist.
Zahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (52) des Anschlagbauteils (50) eine Teilanschlagfläche für die Anschlagfläche (35) des ritzelseitigen Füllstücks und eine Teilanschlagfläche für die Anschlagfläche (34) des hohlradseitigen Füllstücks aufweist und die Teilanschlagflächen zueinander einen Winkel in der durch die Radialrichtung und die Umfangsrichtung der Zahnräder aufgespannten Ebene einschließen.
Zahnradmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das ritzelseitige Füllstück (31) in radialer Richtung dicker als das hohlradseitige Füllstück (32) ist und die Anschlagfläche des ritzelseitigen Füllstücks im Wesentlichen in radialer und axialer Richtung des Hohlrads verläuft.
Zahnradmaschine, umfassend ein innenverzahntes Hohlrad (22), ein außenverzahntes, exzentrisch zum Hohlrad derart gelagertes Ritzel (24), dass die Verzahnungen in einem Umfangssegment miteinander kämmen und im restlichen Umfangsbereich einen sichelförmigen Raum (26) bilden, ein in dem sichelförmigen Raum angeordnetes, ihn in zwei Räume mit unterschiedlichen Drücken teilendes Füllelement (40), wobei das Füllelement (40) ein mit seiner radial äußeren Fläche an der Innenverzahnung anliegendes hohlradseitiges Füllstück (42) und ein mit seiner radial inneren Seite an der Ritzelverzahnung anliegendes ritzelseitiges Füllstück (41) mit jeweils einer in Umfangsrichtung außen liegenden Anschlagfläche (44, 45) aufweist, wobei mindestens eine der Anschlagflächen sich an einer Gegenfläche (52) eines drehbar gelagerten Anschlagbauteils (50) abstützt und sich die Anschlagfläche (44) des hohlradseitigen Füllstücks und die Anschlagfläche (45) des ritzelseitigen Füllstücks unter einem in der durch die axiale Richtung und die radiale Richtung der Zahnräder aufgespannten Ebene definierten Winkel (α) schneiden.
Zahnradmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) im Bereich von 5° bis 30° liegt, bevorzugt 10° beträgt.
Zahnradmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ritzelseitige Füllstück (41) am Anschlagbauteil (50) angeschlagen ist und das hohlradseitige Füllstück (42) am ritzelseitigen Füllstück (41) angeschlagen ist.
Zahnradmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagbauteil (50) zwei Anschlagflächen aufweist, die zueinander unter einem Winkel stehen.
Zahnradmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ritzelseitigen Füllstück (31, 41) und/oder dem hohlradseitigen Füllstück (32, 42) mindestens zwei Dichtelemente (33, 43) eingelassen sind und das hohlradseitige Füllstück (32, 42) eine Befüllungsnut (38, 48) aufweist, die von der radial außen liegenden Seite des hohlradseitigen Füllstücks in einen Spalt (36, 46) zwischen den Füllstücken und zwischen den Dichtelementen führt, wobei die Querschnittsfläche der Nut (38, 48) in Umlaufrichtung der Zahnräder schmäler als die Fläche der Zahnköpfe des Hohlrads in Umlaufrichtung ist und die Nut eine Aufweitung (49) an der dem Hohlrad gegenüberliegenden Fläche des hohlraumseitigen Füllstücks aufweist.
Zahnradmaschinen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung (49) der Nut durch wenigstens eine Fase (38, 48) gebildet ist.