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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Innenzahnradmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In
dem Dokument
DE 26 30 222 ist
eine derartige Innenzahnradmaschine offenbart. Diese weist ein innenverzahntes
Hohlrad mit einem in dem Hohlrad exzentrisch angeordneten außenverzahnten
Ritzel auf. Das Hohlrad und das Ritzel kämmen in einem Umfangssegmet
miteinander und bilden in einem anderen Umfangssegment einen sichelförmigen
Freiraum aus, in dem ein ebenfalls sichelförmiges Füllstück
angeordnet ist, das einen Hoch- von einem Niederdruckbereich trennt
Das Füllstück ist in einem Gehäuse mit
vier einstückig an dem Füllstück ausgebildeten
Füllstückfüßen fixiert, die
ebenfalls eine jeweils sichelförmige Umfangsform haben.
Um Reibkräfte zwischen dem Füllstück
und dem Hohlrad bzw. dem Ritzel zu vermeiden, ist zwischen einer
jeweiligen Verzahnung und dem Füllstück radial
ein Abstand bzw. Spalt vorgesehen. Der Spalt sollte möglichst
gering sein, um Druckverluste zu minimieren.
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Nachteilig
bei dieser Lösung ist, dass ein geringer Spalt engste Fertigungstoleranzen
erfordert, weshalb das Füllstück feinbearbeitet
werden muss und hohe Herstellungskosten erfordert. Ferner sind die
sichelförmige Umfangsform der Füllstückfüße und
die entsprechenden Ausnehmungen im Gehäuse ebenfalls nur
sehr aufwendig herstellbar.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Innenzahnradmaschine
zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und einen hohen
Wirkungsgrad aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Innenzahnradmaschine mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
eine hydraulische Innenzahnradmaschine ein Hohlrad mit einer Innenverzahnung
und ein zum Hohlrad exzentrisch angeordnetes Ritzel mit einer Au ßenverzahnung
auf. Die Verzahnungen an einem ersten Umfangsbereich wirken kämmend
zusammen, wobei an einem zweiten Umfangsbereich zwischen den Verzahnungen
ein eingesetztes Füllstück zur Trennung eines
ersten von einem zweiten Druckraum angeordnet ist. Das Füllstück
ist hierbei aus einem Kunststoff hergestellt.
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Diese
Lösung hat den Vorteil, dass ein derartiges Füllstück äußerst
kostengünstig, beispielsweise im Spritzgussverfahren, herstellbar
ist. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass selbst bei einer Berührung
der Verzahnung des Hohlrads bzw. des Ritzels mit dem Füllstück
im Betrieb der Innenzahnradmaschine durch die Gleiteigenschaften
des Kunststoffs nur geringe Reibkräfte entstehen und somit
kein Spalt mehr zwischen dem Hohlrad bzw. dem Ritzel und dem Füllstück
notwendig ist. Damit kann sich der Wirkungsgrad der Innenzahnradmaschine
erhöhen kann.
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Bei
einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung ist an einer ersten
Gehäuseanlagefläche des Füllstücks
ein Haltevorsprung zum Eintauchen in eine entsprechende Ausnehmung
an einem das Hohlrad und das Ritzel aufnehmenden Gehäuse
ausgebildet, wodurch das Füllstück fest gehaltert
ist.
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Bevorzugterweise
ist der Haltevorsprung als Haltestift ausgebildet, wodurch eine
den Haltestift aufnehmende Ausnehmung des Gehäuses entsprechend
einfach, beispielsweise als Bohrung, ausgebildet sein kann.
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Von
Vorteil ist, wenn sich der Haltestift etwa mittig von der ersten
Gehäuseanlagefläche aus im Wesentlichen parallel
zu einer Gehäuselängsachse erstreckt. Der Haltestift
kann dann als Drehachse des Füllstücks fungieren,
wodurch sich das Füllstück im Betrieb der Innenzahnradmaschine
beispielsweise durch eine Kippbewegung in eine Position zwischen der
Verzahnung bewegen kann, in der die geringste Reibung vorherrscht.
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Um
hohe Haltekräfte des Füllstücks zu erreichen
kann ein zweiter Haltestift an einer zweiten Gehäuseanlagefläche
in etwa koaxial zum ersten Haltestift ausgebildet sein.
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Alternativ
wird es bevorzugt, wenn auf beiden Gehäuseanlageflächen
jeweils zumindest zwei Haltestifte vorgesehen sind, wodurch eine äußerst feste
Fixierung des Füllstücks im Gehäuse erreicht werden
kann.
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Für
einen besonders festen Halt und zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen
können die Haltestifte mit einem kleinen Übermaß gefertigt
und mit einem Schlitz versehen sein, der ein Einfedern der entstandenen
Haltestiftsegmente ermöglicht. Es ist dann auch ein Schnapphackendesign
möglich, wobei die Haltestiftsegmente an ihrem freien Ende
einen radialen Vorsprung, zum Beispiel einen Wulst, und die Bohrungen
im Gehäuse einen entsprechenden Hinterschnitt, zum Beispiel
eine umlaufende Nut aufweisen.
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Zweckmäßig
ist es, wenn zumindest eine Tasche im Füllstück
eingebracht ist, wodurch die Wandungsdicke und damit auch die Schwindung
des Füllstücks beim Abkühlen vergleichmäßigt
werden kann und eine zuverlässige Herstellung des Füllstücks
beispielsweise ohne Einschlüsse beim Spritzgussverfahren
erreicht wird.
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Vorteilhafterweise
ist zur Erhöhung der Steifigkeit des Füllstücks
eine Tasche über eine kleine Bohrung in einer einem Zahnrad
zugewandten Mantelfläche oder über eine kleine
Nut in einer axialen Gehäuseanlagefläche zu einem
Zahnrad hin offen, so dass in der Tasche jeweils der selben Druck
wie in der Zahnlücke des Zahnrads herrscht, die gerade
an der kleinen Bohrung oder der kleinen Nut vorbeistreicht. Das
Füllstück wird dann trotz der Taschen nicht oder
nur wenig zusammengedrückt, so dass trotz der Taschen das
Spiel zwischen dem Füllstück und den Zahnrädern
nicht zu groß wird.
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Es
ist von Vorteil, wenn mehrere Taschen in dem Füllstück
vorgesehen sind. Diese können jeweils über eine
kleine Bohrung oder eine kleine Nut zu einem Zahnrad hin offen sein,
so dass der Druck in einer Tasche jeweils dem Druck in der vorbeistreichenden
Zahnlücke entspricht und das Füllstück weitgehend
formstabil bleibt.
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Zweckmäßig
ist es, wenn das Füllstück aus einem Hochleistungspolymer
oder aus einem Buntmetall besteht, das durch Metal Injection Moulding oder
in einem Sinterverfahren zu dem Füllstück geformt
wird.
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Anders
als bei einem einstückig mit dem Gehäuse der Innenzahnradmaschine
verbundenen Füllstück, sind bei einem eingesetzten
Füllstück die Kanten zwischen den Gehäuseanlageflächen
und den den Zahnrädern zugewandten Mantelflächen
vorzugsweise scharfkantig. Entsprechend ist an den Zähnen
der Zahnräder kein Kantenbruch notwendig, mit dem ansonsten
eine Kollision mit dem Füllstück vermiede werden
soll. Es verringert sich der Spaltverlust und der Wirkungsgrad verbessert
sich.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindungen
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 in
einer perspektivischen Ansicht eine Innenzahnradpumpe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 in
einer perspektivischen Ansicht ein Gehäuse der Innenzahnradpumpe
aus 1 mit einem Füllstück;
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3 in
einer perspektivischen Ansicht das Füllstück gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel, und
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4 in
einer perspektivischen Ansicht das Füllstück gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt
eine hydraulische Innenzahnradmaschine in einer perspektivischen
Ansicht in Form einer Innenzahnradpumpe 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel. Diese hat ein topfförmiges
Gehäuse 2, in dem ein Hohlrad 4 mit einer
Innenverzahnung 6 gleitend gelagert ist, und das in 1 ohne einen
Gehäusedeckel dargestellt ist. Innerhalb des Hohlrads 4 ist
exzentrisch ein Ritzel 8 mit einer Außenverzahnung 10 angeordnet,
wobei die Verzahnungen 6, 10 an einer in der 1 unten
angeordneten Umfangssektion 12 kämmen. An einem
der Umfangssektion 12 im Wesentlichen gegenüber
liegenden Umfangsbereich 14 sind die Verzahnungen 6, 10 zueinander beabstandet,
wodurch ein Freiraum ausgebildet ist, der mit einem Füllstück 16 aus
Kunststoff ausgefüllt ist, um einen ersten Druckraum bzw.
Hochdruckbereich 18 von einem zweiten Druckraum bzw. Niederdruckbereich 20 der
Innenzahnradpumpe 1 zu trennen.
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Eine
Durchgangsöffnung 22 ist in etwa mittig des Ritzels 8 und
exzentrisch in dem Gehäuse 2 zur Aufnahme einer
nicht dargestellten Antriebsachse ausgebildet. Das Gehäuse 2 kann
mit dem nicht dargestellten Gehäusedeckel verschlossen
werden, der an einer Gehäuseanlagefläche 24 des
Gehäuses 2 in etwa anliegt.
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In 2 ist
das Gehäuse 2 der Innenzahnradpumpe 1 aus 1 mit
dem Füllstück 16 dargestellt. In einem
Gehäuseboden 26 des Gehäuses 2 sind
zwei nierenförmige Druckraumnuten 28, 30 von der
Umfangssektion 12 (siehe auch 1), bis
zu Stirnkanten 32, 34 des Füllstück 16 abschnittsweise entlang
der Verzahnung 6, 10 eingebracht, wobei die Breite
in Erstreckungsrichtung den Hoch- und Niederdruckbereichen 18, 20 aus 1 angepasst
ist. Die Druckraumnuten 28, 30 begrenzen somit
gehäusebodenseitig in etwa den Hoch- und Niederdruckbereich
und sind gegenüberliegend von in dem nicht dargestellten
Gehäusedeckel eingebrachten Drucknieren, die jeweils mit
einem Ab- und Zulauf verbunden sind. Die Verzahnungen 6, 10 aus 1 sind
somit in axialer Richtung zum Einen von den Druckraumnuten 28, 30 und
zum Anderen von den nicht dargestellten Drucknieren her mit paarweise
gleichem Druck beaufschlagt und somit in axialer Richtung druckausgeglichen,
da die Druckangriffsflächen auf beiden den Nuten zuweisenden
Seiten der Verzahnungen 6, 10 in etwa gleich sind.
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In
Betrieb der Innenzahnradpumpe aus 1 und 2 wird
das Ritzel 8 im Uhrzeigersinn angetrieben, wobei über
die Verzahnung 6, 10 das Hohlrad 4 mitbewegt
wird. Hierbei wird Druckmittel im Niederdruckbereich 20 von
dem nicht dargestellten Zulauf angesaugt und wandert jeweils zwischen Zahnflanken
der Innen- und Außenverzahnung 6, 10 entlang
des Füllstücks 16 bis zum Hochdruckbereich 18,
wo es in den nicht dargestellten Ablauf verdrängt wird.
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3 zeigt
das Füllstück 16 in einer perspektivischen
Ansicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Ein in 3 obere Gehäuseanlagefläche 36 liegt
in montierten Zu stand an einem Gehäusedeckel und eine untere
Gehäuseanlagefläche 38 an dem Gehäuseboden 26 des
Gehäuses 2 aus 2 an.
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Zur
Fixierung des Füllstücks 16 sind an den Gehäuseanlageflächen 36 und 38 jeweils
zwei Haltevorsprünge in Form von zylindrischen Haltestiften 40, 42 bzw. 44, 46 ausgebildet,
die in entsprechende Halteausnehmungen des Gehäuses 2 aus 2 eintauchen.
Die Haltestifte 40 bis 46 erstrecken sich im Wesentlichen
senkrecht zu den Gehäuseanlageflächen 36, 38,
wobei jeweils zwei voneinander abweisende Haltestifte 40, 44 bzw. 42, 46 in
etwa koaxial verlaufen. Angeordnet sind die Haltestifte 40, 44 und 42, 46 jeweils
zwischen einer der Stirnkanten 32 bzw. 34 und
einer in etwa senkrecht zu den Gehäuseanlageflächen 36, 38 verlaufende
Mittelachse 48 des Füllstücks 16.
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Die
Haltestifte 40, 42, 44, 46 sind
des Weiteren einstückig mit dem Füllstück 16 ausgebildet
und werden zusammen mit dem Füllstück 16 im
Spritzgussverfahren hergestellt. Es ist auch denkbar, die Haltestifte 40, 42, 44, 46 als
kostengünstige Einlegeteile im Spritzgussverfahren in das
Füllstück 16 zu integrieren.
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Jeweils
ein Federschlitz 50 ist (ähnlich wie ein Einsteckclip)
aufgrund von Fertigungstoleranzen quer zur Längserstreckung
der Haltestifte 40 bis 46 mittig von einer Stiftstirnseite 52 her
in diese eingebracht und kann dazu dienen Passungsungenauigkeiten
zwischen den Haltestiften 40 bis 46 und den Halteausnehmungen
des Gehäuses 2 aus 2 auszugleichen.
Die durch den Federschlitz 50 gebildeten Hälften
der Haltestifte 40 bis 46 können auch leicht
radial nach außen geneigt sein, wodurch diese beim Eintauchen
in die jeweilige Halteausnehmung radial nach innen gespannt werden,
was zu einer zusätzlichen Haltekraft führt.
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Zur
Verringerung der Wandstärke des Füllstücks 16 sind
eine Vielzahl von Taschen 54 in das Füllstück 16 eingebracht.
Diese erstrecken sich in etwa zylinderförmig durch das
Füllstück 16 hindurch und sind zu den
Anlageflächen 36, 38 hin offen. Die Taschen 54 können
mit den Druckbereichen 18, 20 aus 1 beispielsweise über
nicht dargestellte Kanäle in dem Gehäuse 2 oder
von den Stirnkanten 32, 34 ausgehend in Druckmittelverbindung
stehen, wodurch die Taschen 54 jeweils mit Hoch- oder Niederdruck
beaufschlagbar sind. Durch die Druckbeaufschlagung der Taschen 54 kann
die Steifig keit des Füllstücks 16 verändert
werden. Die Taschen können auch eine von der Zylinderform
abweichende Ausgestaltung aufweisen. Vorzugsweise werden die Taschen über
eine Bohrung in einer Mantelfläche oder eine Nut in einer
oder beiden Gehäuseanlageflächen mit den vorbeistreichenden
Zahnlücken eines Zahnrads verbunden.
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4 offenbart
das Füllstück 16 in einer perspektivischen
Ansicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus 3 liegt
im Wesentlichen darin, dass statt vier zwei Haltestifte 40, 44 in
etwa mittig am Füllstück 16 angeordnet
sind. Die Haltestifte 44 verlaufen in der 4 in
etwa koaxial zueinander, wodurch sie eine Drehachse für
das Füllstück 16 in montierten Zustand
bilden. Das Füllstück 16 weist somit
einen Rotationsfreiheitsgrad um die Haltestifte 40, 44 auf,
wobei dieses sich beispielsweise im Betrieb der Innenzahnradmaschine 1 auf
Grund von eventuellen Unrundheiten der Verzahnungen 6, 10 derart
in dem Freiraum ausrichten kann, dass minimale Reibkräfte
zwischen dem Füllstück 16 und der Verzahnungen 6, 10 aus 1 vorherrschen.
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Das
Füllstück 16 aus 4 weist
sechs Taschen 54 auf, wobei jeweils drei zwischen den Haltestiften 40, 44 und
jeweils einer der Stirnkanten 32 bzw. 34 angeordnet
sind. Die Durchmesser der Taschen 54 werden in Richtung
zur jeweiligen Stirnkante 32 bzw. 34 geringer,
wodurch die Wandstärke w zwischen den Taschen 54 und
einer Innenmantelfläche 56 des Füllstücks 16 im
Wesentlichen gleich bleibt.
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Das
Füllstück 16 besteht aus einem Kunststoff
bzw. einem Hochleistungspolymer, es kann aber auch aus einem Buntmetall
bestehen und durch Metal Injektion Moulding (MIM) oder durch bloßes
Sintern hergestellt sein. Es wird ein Kunststoff bevorzugt, der über
den Einsatztemperaturbereich formkonstant bleibt.
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Die
Geometrie des Füllstücks 16 kann hohe Fertigungstoleranzen
im Vergleich zu gusseisernen Füllstücken aus dem
Stand der Technik aufweisen, da ein Kontakt zwischen den Verzahnungen 6, 10 aus 1 und
dem Füllstück 16 nur zu geringen Reibverlusten
durch die Gleiteigenschaften des Kunststoffs führen. Der
Spalt zwischen den Verzahnungen 6, 10 und dem
Füllstück 16 kann somit minimal sein,
was geringe Druckverluste zu Folge hat und den Wirkungsgrad der
Innenzahnradpumpe 1 aus 1 erhöht.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, das die in 2 gezeigten
Füllstückkanten 58, 60 des Füllstücks 16 zwischen
dem Gehäuseboden 26 des Gehäuses 2 und
der Innenmantelfläche 56 und einer nicht dargestellten
Außenmantelfläche nicht aufwendig mit beispielsweise
einem Kantenbruch bearbeitet werden muss, wie das bei beispielsweise einstückig
an einem Gehäuse ausgebildeten Füllstücken
zur Vermeidung von Berührungen der Füllstückkanten
mit einer Verzahnung der Fall wäre. Dies führt zur
Verwendung von theoretisch scharfkantigen Radsätzen, die
somit keinen Ringspalt am Füllstück bilden und
keinen volumetrischen Verlust erzeugen.
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Die
vorstehend gezeigten Ausführungsbeispiele des Füllstücks 16 aus 3 und 4 sind drehrichtungsunabhängig
in der Innenzahnradpumpe 1 aus 1 einsetzbar.
Es ist aber durchaus denkbar, das Füllstück 16 für
einen drehrichtungsabhängigen Betrieb auszugestalten und
ihm in Hinblick auf die Haltestifte zur verwechslungssicheren Montage
eine asymmetrische Form zu geben.
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Offenbart
ist eine hydraulische Innenzahnradmaschine mit einem innenverzahnten
Hohlrad und einem darin exzentrisch angeordneten außenverzahnten
Ritzel. Die Verzahnungen wirken dabei an einem ersten Umfangsbereich
kämmend zusammen und an einem zweiten Umfangsbereich ist
zwischen den Verzahnungen ein Füllstück zur Trennung eines
ersten und eines zweiten Druckraum angeordnet. Das Füllstück
ist dabei aus einem Kunststoff hergestellt.
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- 1
- Innenzahnradpumpe
- 2
- Gehäuse
- 4
- Hohlrad
- 6
- Innenverzahnung
- 8
- Ritzel
- 10
- Außenverzahnung
- 12
- Umfangssektion
- 14
- Umfangsbereich
- 16
- Füllstück
- 18
- Hochdruckbereich
- 20
- Niederdruckbereich
- 22
- Durchgangsöffnung
- 24
- Gehäuseanlagefläche
- 26
- Gehäuseboden
- 28
- Druckraumnut
- 30
- Druckraumnut
- 32
- Stirnkante
- 34
- Stirnkante
- 36
- Gehäuseanlagefläche
- 38
- Gehäuseanlagefläche
- 40
- Haltestift
- 42
- Haltestift
- 44
- Haltestift
- 46
- Haltestift
- 48
- Mittelachse
- 50
- Federschlitz
- 52
- Stiftstirnseite
- 54
- Tasche
- 56
- Innenmantelfläche
- 58
- Füllstückkante
- 60
- Füllstückkante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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