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Die
Erfindung betrifft eine Innenzahnradpumpe oder Gerotorpumpe mit
einem Gehäuse,
mit einem um eine erste Achse drehbaren außenverzahnten Innenrad, mit
einem um eine zweite Achse drehbaren, mit dem Innenrad kämmenden
innenverzahnten Hohlrad, das mit dem Innenrad einen Arbeitsraum
einschließt,
der an einem ersten Ende über
einen Saugraum mit einer Saugseite der Innenzahnradpumpe und an
einem zweiten Ende über
einen Druckraum mit einer Druckseite der Innenzahnradpumpe verbunden
ist.
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Stand der Technik
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Das
Prinzip einer Innenzahnradpumpe beruht darauf, dass ein außenverzahntes
Innenrad und ein innenverzahntes Hohlrad miteinander kämmen. Dabei
ist die erste Achse des Innenrads versetzt zur zweiten Achse des
Hohlrads angeordnet. Auf diese Weise entstehen bei der Innenzahnradpumpe
Bereiche, in denen die Zähne
des Innenrads und des Hohlrads unmittelbar aneinander liegen, und
Bereiche, in denen sich zwischen den Zähnen des Innenrads und des
Hohlrads ein Zwischenraum bildet.
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Auf
der Saugseite der Innenzahnradpumpe laufen die Zähne des Innenrads und des Hohlrads auseinander.
Dies bedeutet, dass sich ein Raum zwischen den Zähnen des Innenrads und des
Hohlrads bei der Drehung von Innenrad und Hohlrad ver größert. Dies
führt dazu,
dass in dem Raum ein Unterdruck entsteht, der dem Ansaugen einer
Flüssigkeit dient.
Im weiteren Verlauf der Drehung von Innenrad und Hohlrad wird die
angesaugte Flüssigkeit
in Richtung der Druckseite transportiert.
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Auf
der Druckseite der Innenzahnradpumpe laufen die Zähne des
Innenrads und des Hohlrads zusammen. Hier verkleinert sich der Raum
zwischen den Zähnen
des Innenrads und des Hohlrads. Dadurch erhöht sich der Druck der transportierten
Flüssigkeit,
und die Flüssigkeit
kann auf der Druckseite unter erhöhtem Druck abgegeben werden.
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Die
Vorteile einer Innenzahnradpumpe liegen in einer guten Pumpleistung
auch bei niedriger Drehzahl, einer guten Zuverlässigkeit und einem verhältnismäßig einfachen
mechanischen Aufbau, der ein günstiges
Fertigen der Innenzahnradpumpe ermöglicht. Es gibt aber auch besondere
Aspekte, die aufgrund des besonderen Aufbaus der Innenzahnradpumpe
berücksichtigt
werden müssen.
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Eine
Innenzahnradpumpe wird üblicherweise
so ausgelegt, dass sie auch bei einer geringen Mindestdrehzahl einen
ausreichenden Durchsatz liefert. Bevorzugt wird das Innenrad dabei
direkt auf die Kurbelwelle eines Motors gesetzt, so dass ein Zwischengetriebe
nicht benötigt
wird. Bei niedrigen Drehzahlen kann eine Vollbefüllung auf der Saugseite sichergestellt
werden, das heißt,
der Zwischenraum zwischen dem Innenrad und dem Hohlrad ist mit der
zu fördernden
Flüssigkeit
im Wesentlichen vollständig
gefüllt.
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Während des
Betriebs einer Innenzahnradpumpe entstehen aber immer wieder Situationen,
in denen nur eine Teilbefüllung gegeben
ist. Dies kann sich beispielsweise bei einer höheren Drehzahl oder aufgrund
einer Saugdrosselung ergeben. Je nach Einsatzzweck der Pumpe kann
die Saugdrosselung bewusst erzeugt sein. Gelangt nun ein teilbefüllter Abschnitt
(„Kammer") zur Druckseite,
so kann -entgegen der eigentlichen Zielsetzung- unter Druck stehende
Flüssigkeit
von der Druckseite in die Druckniere beziehungsweise den Druckraum
gelangen. Dadurch kann kurzzeitig der Druck auf der Druckseite zusammenbrechen,
so dass ungünstige
Auswirkungen auf die Fördercharakteristik
der Innenzahnradpumpe und/oder auf nachfolgende Bauteile entstehen
können.
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Außerdem können hohe
Druckspitzen entstehen, wenn der Dampfanteil im verbundenen Bereich
des Druckraums beziehungsweise der Druckniere vollständig kondensiert
ist. Dieser Effekt wird auch als Wasserschlageffekt bezeichnet.
Schließlich kann
unter ungünstigen
Bedingungen aufgrund des Pulsierens ein nachgeschaltetes Ventil
zu Schwingungen angeregt werden, was zusätzliche Nachteile für die Druckregelung
mit sich bringt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine verbesserte Innenzahnradpumpe oder Gerotorpumpe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 aufzuzeigen, die auch bei Saugdrosselung oder Teilbefüllung einen gleichmäßigeren
Druckübergang
zwischen dem Druckraum und der Druckniere ermöglicht.
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Die
Aufgabe ist bei einer Innenzahnradpumpe oder Gerotorpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 dadurch gelöst,
dass die zweite Achse zur ersten Achse so ausgerichtet ist, dass
der Saugraum größer ist
als der Druckraum.
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Mit
anderen Worten bedeutet dies, dass das zu befüllende Volumen auf der Saugseite
größer ist als
das auszuschiebende Volumen auf der Druckseite. Das zu fördernde
Volumen wird also auf dem Weg beziehungsweise entlang des Drehwinkels
von der Saugseite zur Druckseite verringert. Dadurch können unter
anderem die folgenden Vorteile realisiert werden. Wenn eine Vollbefüllung gegeben
ist, insbesondere bei geringen Drehzahlen, wird der Druck der transportierten
Flüssigkeit
erhöht.
Wenn eine Teilbefüllung
gegeben ist, insbesondere bei mittleren und hohen Drehzahlen, erhöht sich
der prozentuale Füllgrad,
da die Flüssigkeit
praktisch inkompressibel ist, wohingegen ein Dampfanteil, der in
der Teilbefüllung enthalten
ist, komprimiert wird. Es verbleibt somit im Druckraum ein kleineres
Volumen, das beim Anbinden an die Druckniere und vor dem Ausschieben
der Flüssigkeit
rückbefüllt beziehungsweise
rückkondensiert
werden muss. Damit werden Druckeinbrüche auf der Druckseite der
Pumpe einschließlich
der zuvor erläuterten
Nebenwirkungen verringert.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster
Schnittpunkt der ersten Achse mit einer Drehebene des Innenrads
und ein zweiter Schnittpunkt der zweiten Achse mit einer Drehebene
des Hohlrads eine gedachte Exzentergerade beschreiben, die in einem
Winkel zu einer gedachten Symmetriegeraden zwischen der Saugseite
und der Druckseite steht. Dies bedeutet, dass die Orientierung des Exzenters
im Vergleich zum Stand der Technik gewissermaßen verdreht ist. Die Symmetriegerade führt bevorzugt
durch den Mittelpunkt des Hohlrads. Die Symmetriegerade liegt dabei
insbesondere so, dass die Position der Saugseite auf die Position
der Druckseite, beziehungsweise umgekehrt, gespiegelt werden kann.
Da es lediglich auf die Position ankommt, ist es nicht erforder lich,
dass alle geometrischen Abmessungen von Saugseite und Druckseite übereinstimmen.
Insbesondere kann es ausreichen, wenn die Position und/oder die
Abmaße
der Druckseite im Bereich der Druckniere beziehungsweise der Saugseite
im Bereich der Saugniere im Wesentlichen übereinstimmen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugniere
auf der Saugseite und eine Druckniere auf der Druckseite symmetrisch
zur Symmetriegeraden ausgeführt
sind. Dabei bezieht sich die Symmetrie insbesondere auf den Übergangsbereich
von der Saugniere auf die Saugseite beziehungsweise von der Druckniere
auf die Druckseite. Bei dem genannten Ausführungsbeispiel lässt sich
die Symmetriegerade leicht ermitteln und die Position des Innenrads
zum Hohlrad leicht festlegen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Länge einer
Saugniere auf der Saugseite und/oder die Länge einer Druckniere auf der
Druckseite minimiert ist. Dadurch erhält man einen wohldefinierten
Ansaugbereich und/oder Ausschiebebereich. Außerdem ergibt sich im Zusammenhang
mit einer Nut, die weiter unten noch näher erläutert wird, die Möglichkeit
den Arbeitsraum und/oder Druckraum besser zu befüllen. Außerdem ist eine Lage der Nieren
möglichst
nahe an dem Punkt vorteilhaft, an dem der Abstand zwischen Hohlrad
und Innenrad minimal ist. Dabei sollte eine Dichtlänge zwischen
der Saugseite und der Druckseite möglichst nicht verringert werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel
zwischen der Exzentergeraden und der Symmetriegeraden zwischen 5° und 50°, bevorzugt
zwischen 10° und
40° und
insbesondere zwischen 15° und
30° liegt.
Auf diese Weise lassen sich vorteilhafte Größenverhältnisse zwischen dem Saugraum
und dem Druckraum erzielen. Die Winkelangaben hängen unter anderem von den
gewählten
Zähnezahlen
ab.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Schnittpunkt (Drehebene/Innrad) nicht auf der Symmetrieachse liegt
und dass der zweite Schnittpunkt (Drehebene/Hohlrad) auf der Symmetrieachse
liegt. Wenn man den zweiten Schnittpunkt gewissermaßen als
einen Fixpunkt bei der Innenzahnradpumpe betrachtet, ist der erste Schnittpunkt
im Vergleich zum Stand der Technik auf einer Kreisbahn um den zweiten
Schnittpunkt verschoben.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe, was aber auch ohne die spezifische Positionierung
der Achsen eine erfinderische Weiterbildung des Stands der Technik
ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise parallel
zu einer Drehebene des Hohlrads Gehäuseelemente angeordnet sind,
die den Arbeitsraum, den Saugraum und den Druckraum gegenüber der
Umgebung abschließen,
und dass in mindestens ein Gehäuseelement
mindestens eine Nut eingebracht ist, die den Arbeitsraum mit dem
Druckraum verbindet, insbesondere mit der Druckniere. Eine solche
Nut ist bevorzugt in Drehrichtung vor der Druckniere eingebracht.
Dabei kann es sich sowohl um eine Nut als auch um mehrere Nuten
handeln, die insbesondere zwischen dem Hohlrad und dem Innenrad
und/oder in etwa in Umfangsrichtung des Hohlrads oder des Innenrads
verläuft
beziehungsweise verlaufen. Die Nut ermöglicht den Druckausgleich zwischen
der Druckniere und dem Arbeitsraum und/oder dem Teil des Druckraums,
der noch nicht mit der Druckniere verbunden ist. Dies geschieht
in der Regel durch eine Vorbefüllung
der Druckniere aus dem Arbeitsraum beziehungsweise dem Druckraum.
Prinzipiell könnte
aber auch eine Rückbefüllung stattfinden,
wenn auf der Druckseite ein großer
Druck herrscht und der Arbeitsraum besonders schlecht gefüllt ist.
Die Länge
der Nut ist vorzugsweise in der Art abgestimmt, dass sie eine maximal
mögliche
Länge aufweist,
ohne dass es dadurch zu unzulässig
hohen Leckagen kommt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die
Nut über
einen Winkel des Arbeitsraums zwischen 30° und 170°, bevorzugt zwischen 60° und 160° und insbesondere
zwischen 90° und
150°, erstreckt.
Dadurch erfüllt
die Nut ihre Funktion besonders gut, ohne dass inakzeptable Leckagen
entstehen. Die Winkelangaben hängen
unter anderem von den gewählten
Zähnezahlen
ab. Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass die
maximale Länge
der Nut so begrenzt ist, dass keine zu große Leckage auftritt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitsraum
ein sichelförmiger Körper eingesetzt
ist. Dies ermöglicht
auf einfache Weise eine Trennung zwischen dem Saugraum und dem Druckraum,
sofern dies nicht bereits konstruktionsbedingt gegeben ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Innenzahnradpumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nut in
einem Bereich des Arbeitsraumes endet, an dem sich Zähne des
Innenrads oder des Hohlrads am sichelförmigen Körper entlang bewegen. Dies
stellt für
verschiedene Varianten von Innenzahnradpumpen, insbesondere Sichelpumpen, eine
gute Funktion der Nut sicher.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der un ter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Innenzahnradpumpe gemäß dem Stand
der Technik;
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2 eine
vereinfachte Darstellung der Innenzahnradpumpe gemäß 1;
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3 eine
vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe gemäß einer ersten
Ausführungsform
und
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4 eine
vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe gemäß einer.
zweiten Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine schematische Darstellung einer Innenzahnradpumpe 10 gemäß dem Stand
der Technik gezeigt. Die Innenzahnradpumpe 10 hat ein Gehäuse 12 und
weist ein um eine erste Achse 14 drehbares außenverzahntes
Innenrad 16 und ein um eine zweite Achse 18 drehbares,
mit dem Innenrad 16 kämmendes
innenverzahntes Hohlrad 20 auf. Zwischen dem Innenrad 16 und
dem Hohlrad 20 ist ein sichelförmiger Arbeitsraum 22 eingeschlossen,
in den außerdem
ein sichelförmiger
Körper 24 eingesetzt
ist. Der sichelförmige
Körper 24 ist
insbesondere dann zwingend erforderlich, wenn zwischen der Zähnezahl
des Innenrads, das auch als Rotor bezeichnet wird, und der Zähnezahl
des Hohlrads eine Differenz vorliegt, die größer als eins ist. Die Achsen 14, 18 stehen
hier senkrecht zur Zeichenebene.
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Der
Arbeitsraum 22 ist an einem ersten Ende 26 über einen
Saugraum 34 mit einer Saugseite 28 und an einem
zweiten Ende 30 über
einen Druckraum 36 mit einer Druckseite 32 verbunden.
Die zweite Achse 18 ist zur ersten Achse 14 so
ausgerichtet, dass der Saugraum 34 genauso groß ist wie der
Druckraum 36. Die Drehrichtung des Innenrads 16 und
des Hohlrads 20 ist mittels zweier Pfeilkonturen dargestellt.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung sind außerdem
eine gedachte Hilfsgerade 38 und eine gedachte Symmetriegerade 40 mit
durchgezogenen Linien eingezeichnet. Die Geraden 38, 40 dienen
lediglich der Erläuterung
und stellen keine körperlichen
Merkmale dar. Die Symmetriegerade 40 stellt die Spiegelachse
dar, entlang derer die Saugseite 28 auf Druckseite 32 gespiegelt
werden kann. Die Hilfsgerade 38 deutet die Verbindung zwischen zwei
Punkten an, einer auf der Saugseite 28 und einer auf der
Druckseite 32, die einander entsprechen. Die Symmetriegerade 40 ist
senkrecht zur Hilfsgeraden 38.
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Die
geometrische Situation in der 1 ist in der 2 vereinfacht
wiedergegeben. Gleiche Bezugszeichen haben wieder die gleiche Bedeutung. Der
sichelförmige
Körper 24 ist
nur symbolisch mit zwei gestrichelten Linien eingezeichnet. Unabhängig von
einem Vorhandensein des sichelförmigen
Körpers 24 können die
gestrichelten Linien als die Grenzen des Saugraums 34 beziehungsweise
des Druckraums 36 verstanden werden. Es ist deutlich zu
erkennen, dass die erste Achse 14 und die zweite Achse 18 die
Symmetriegerade 40 durchstoßen.
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In 3 ist
der geometrische Aufbau einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform
vereinfacht dargestellt, wobei hier auch eine Saugniere 42,
eine Druckniere 44 und eine Nut 46 in einem Gehäuseelement 48 dargestellt
ist. Die erste Achse 14 durchstößt eine Drehebene 52 des
Innenrads 16 an einem ersten Schnittpunkt 54,
und die zweite Achse 18 durchstößt eine Drehebene 56 des
Hohlrads 20 an einem zweiten Schnittpunkt 58.
Die Saugniere 42 auf der Saugseite 28 und die
Druckniere 44 auf der Druckseite 32 sind symmetrisch
zur Symmetriegeraden 40 ausgeführt.
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Der
erste und der zweite Schnittpunkt 54, 58 bestimmen
eine gedachte Exzentergerade 50, die in einem Winkel α zur Symmetriegeraden 40 steht.
Die Nut 46 erstreckt sich im Gehäuseelement 48 über einen
Winkel β und
ist hier für
eine Bauart der Innenzahnradpumpe beziehungsweise Gerotorpumpe 10 gezeigt,
die keinen sichelförmigen
Körper 24 hat.
Die Nut 46 verbindet den Arbeitsraum 22 mit dem
Druckraum 36, insbesondere mit der Druckniere 44.
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In 4 ist
in vereinfachter Darstellung der geometrische Aufbau einer erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 10 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dargestellt. Gleiche Bezugszeichen haben weiterhin die gleiche Bedeutung,
so dass auf die Ausführungen
zu den vorherigen Figuren verwiesen wird. Es ist hier die Anordnung
zweier Nuten 46 gezeigt, wenn sich im Arbeitsraum 22 ein
sichelförmiger
Körper 24 befindet.
Beide Nuten 46 enden hier in einem Bereich 47 des
Arbeitsraumes 22, an dem sich Zähne des Innenrads 16 und/oder
des Hohlrads 20 am sichelförmigen Körper 24 entlang bewegen.
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Zusammengefasst
hat die Erfindung die folgenden Vorteile: Bei geringen Drehzahlen
und Vollbefüllung
kann die Entstehung hoher Druckspitzen verhindert werden, da durch
die Nut Druckspitzen abgebaut werden können. Bei mittleren und hohen Drehzahlen
kann die Rückbefüllung von
zwischen den Zähnen
gebildeten Kammern verbessert werden, was zur Entschärfung des
genannten Wasserschlageffekts beiträgt. Insbesondere tritt dieser
Effekt bei der erfindungsgemäßen Innenzahnradpumpe 10 erst
bei höheren
Drehzahlen und außerdem
zu einem Zeitpunkt auf, zu dem die entsprechende Kammer noch nicht
vollständig
mit der Druckniere 44 verbunden ist, so dass die in der
Kammer entstehenden Druckspitzen in der Druckniere 44 nur
deutlich abgeschwächt
ankommen. Durch die reduzierten Druckeinbrüche und die verringerten Druckspitzen
wird der Druckverlauf auf der Druckseite 32 der Innenzahnradpumpe 10 beziehungsweise
der nachfolgenden Bauteile deutlich beruhigt. Das verringert die
Belastung der nachfolgenden Komponenten, was sich auf deren Haltbarkeit
positiv auswirkt.